Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Ланцюгова ядерна реакція



План:


Введення

Ланцюгова ядерна реакція - послідовність одиничних ядерних реакцій, кожна з яких викликається часткою, що з'явилася як продукт реакції на попередньому кроці послідовності. Прикладом ланцюгової ядерної реакції є ланцюгова реакція ділення ядер важких елементів, при якій основне число актів поділу ініціюється нейтронами, отриманими при розподілі ядер в попередньому поколінні.


1. Механізм енерговиділення

Перетворення речовини супроводжується виділенням вільної енергії лише в тому випадку, якщо речовина має запасом енергії. Останнє означає, що мікрочастинки речовини знаходяться в стані з енергією спокою більшою, ніж в іншому можливе, перехід до якого існує. Мимовільного переходу завжди перешкоджає енергетичний бар'єр, для подолання якого мікрочастинка повинна отримати ззовні якусь кількість енергії - енергії збудження. Екзоенергетіческая реакція полягає в тому, що в наступному за збудженням перетворенні виділяється енергії більше, ніж потрібно для порушення процесу. Існують два способи подолання енергетичного бар'єра: або за рахунок кінетичної енергії часток, що стикаються, або за рахунок енергії зв'язку приєднується частинки.

Якщо мати на увазі макроскопічні масштаби енерговиділення, то необхідну для порушення реакцій кінетичну енергію повинні мати всі або спочатку хоча б деяка частка частинок речовини. Це досяжно тільки при підвищенні температури середовища до величини, при якій енергія теплового руху наближається до величини енергетичного порога, що обмежує перебіг процесу. У разі молекулярних перетворень, тобто хімічних реакцій, таке підвищення зазвичай складає сотні кельвінів, в разі ж ядерних реакцій - це мінімум 10 7 До через дуже великої висоти кулонівських бар'єрів стикаються ядер. Теплове збудження ядерних реакцій здійснено на практиці тільки при синтезі найлегших ядер, у яких кулонівських бар'єри мінімальні ( термоядерний синтез).

Порушення приєднуються частками не вимагає великої кінетичної енергії, і, отже, не залежить від температури середовища, оскільки відбувається за рахунок невикористаних зв'язків, властивих часткам сил тяжіння. Але зате для порушення реакцій необхідні самі частки. І якщо знову мати на увазі не окремий акт реакції, а отримання енергії в макроскопічних масштабах, то це можливо лише при виникненні ланцюгової реакції. Остання ж виникає, коли збуджуючі реакцію частинки знову з'являються як продукти екзоенергетіческой реакції.


2. Ланцюгові реакції

Ланцюгові реакції широко поширені серед хімічних реакцій, де роль часток з невикористаними зв'язками виконують вільні атоми або радикали. Механізм ланцюгової реакції при ядерних перетвореннях можуть забезпечити нейтрони, які не мають кулонівського бар'єру і збуджуючі ядра при поглинанні. Поява в середовищі необхідної частки викликає ланцюг наступних, одна за одною реакцій, яка триває до обриву ланцюга внаслідок втрати частки-носія реакції. Основних причин втрат дві: поглинання частинки без випускання вторинної та догляд частинки за межі обсягу речовини, що підтримує ланцюгової процес. Якщо в кожному акті реакції з'являється тільки одна частинка-носій, то ланцюгова реакція називається неразветвленной. Нерозгалужене ланцюгова реакція не може привести до енерговиділення у великих масштабах.

Якщо в кожному акті реакції або в деяких ланках ланцюга з'являється більше однієї частинки, то виникає розгалужена ланцюгова реакція, бо одна з вторинних частинок продовжує розпочату ланцюг, а інші дають нові ланцюги, які знову гілкуються. Правда, з процесом розгалуження конкурують процеси, що призводять до обривів кіл, і складається ситуація породжує специфічні для розгалужених ланцюгових реакцій граничні або критичні явища. Якщо число обривів ланцюгів більше, ніж число з'являються нових ланцюгів, то самопідтримується ланцюгова реакція (СЦР) виявляється неможливою. Навіть якщо її порушити штучно, ввівши в середу якась кількість необхідних частинок, то, оскільки число ланцюгів в цьому випадку може тільки зменшуватися, що почався процес швидко згасає. Якщо ж число утворюються нових ланцюгів перевершує число обривів, ланцюгова реакція швидко поширюється по всьому об'єму речовини при появі хоча б однієї початкової частки.

Область станів речовини з розвитком ланцюгової самопідтримуваної реакції відокремлена від області, де ланцюгова реакція взагалі неможлива, критичним станом. Критичний стан характеризується рівністю між числом нових ланцюгів і числом обривів.

Досягнення критичного стану визначається рядом факторів. Розподіл важкого ядра порушується одним нейтроном, а в результаті акту поділу з'являється більше одного нейтрона (наприклад, для 235 U число нейтронів, що народилися в одному акті поділу, в середньому дорівнює 2,5). Отже, процес розподілу може породити розгалужену ланцюгову реакцію, носіями якої будуть служити нейтрони. Якщо швидкість втрат нейтронів (захоплень без поділу, вильотів з реакційного об'єму і т. д.) компенсує швидкість розмноження нейтронів таким чином, що ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів в точності дорівнює одиниці, то ланцюгова реакція йде в стаціонарному режимі. Введення негативних зворотних зв'язків між ефективним коефіцієнтом розмноження і швидкістю енерговиділення дозволяє здійснити керовану ланцюгову реакцію, яка використовується, наприклад, в ядерній енергетиці. Якщо коефіцієнт розмноження більше одиниці, ланцюгова реакція розвивається експоненціально; некерована ланцюгова реакція поділу використовується в ядерній зброї.


Література

  • Климов А. Н. Ядерна фізика і ядерні реактори. - М. Атомиздат, 1971.
  • Левін В. Е. Ядерна фізика і ядерні реактори / 4-е изд. - М.: Атомиздат, 1979.
  • Петунін В. П. Теплоенергетика ядерних установок. - М.: Атомиздат, 1960.



Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Ланцюгова реакція
Полімеразна ланцюгова реакція
Ланцюгова лінія
Ланцюгова гомотопий
Реакція Вассермана
Політична реакція
Термоядерна реакція
Термоядерна реакція
Реакція Вюрца
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru