Shuningdek, u erda ikkita mahsulotga va uch yoki undan ortiq mahsulotga parchalanish parchalanish mahsulotlarining turli energiya spektrlari bilan tavsiflanishi ko'rsatilgan. Ikki zarrachaga parchalanish holatida parchalanish mahsulotlarining spektrlari diskretdir. Bunday yemirilishlarga yadrolarning barcha a-emirilishlari misol bo'la oladi. Eslatib o'tamiz, parchalanish uchun energiya va impulsning saqlanish qonunlari parchalanadigan zarracha yoki yadro bilan bog'liq bo'lgan koordinatalar tizimida yozilishi kerak. Formulalarni soddalashtirish uchun birliklar tizimidan foydalanish qulay ћ = c = 1, bunda energiya, massa va impuls bir xil o'lchamga ega.

Radioaktiv moddalarning tarqalishining yana bir sababi Chernobil reaktorining boshqa elektr stansiyalaridan juda farqli ishlashi edi. Deyarli barcha o'simliklar "o'z-o'zini ta'minlaydigan yadroviy bo'linish zanjiri reaktsiyasi" deb nomlangan printsip asosida ishlaydi, bu erda neytronlar yoqilg'i tarkibidagi atomlarni bombardimon qiladi yoki ta'sir qiladi, bu esa parchalanishga olib keladi. Biroq, bu jarayonni nazorat qilish kerak - zanjirli reaktsiyaga ruxsat etilgan tezlikni nazorat qilish uchun turli usullar bo'lishi kerak.

Ushbu zanjir reaktsiyasini boshqarish usullaridan foydalanish Chernobil reaktorining boshqa reaktorlardan juda farq qilishidadir. Bo'linish jarayonida hosil bo'lgan neytronlar bilan ajralib chiqadi yuqori tezlik. Bu neytronlar yoqilg'idagi boshqa uran atomlari tomonidan samarali so'rilishi va keyingi bo'linish hodisalariga sabab bo'lishi uchun ularni birinchi navbatda sekinlashtirish kerak. Qo'shma Shtatlardagi barcha quvvat reaktorlari suvdan ham sovutuvchi, ham moderator sifatida foydalanadi. Shunday qilib, suv uran yoqilg'isini to'liq o'rab oladi va neytronlarni sekinlashtiradi, shu bilan birga suv uran yoqilg'isidan issiqlikni olib tashlaydi.

Agar parchalanish mahsulotlari X → A + B nisbiy bo'lmasa, parchalanish mahsulotlarining kinetik energiyalari juda oddiy tarzda X zarrachaning qolgan massalari va A va B parchalanish mahsulotlarining farqi bilan bog'liq.

dan kelib chiqadigan radon va geliy yadrolarining kinetik energiyalari uchun α -parchalanish radiy yadrolari:

Keyin suv qaynayotgan suv reaktorlarida bug'ga aylanadi, ular quvurlar orqali turbinaga o'tadi, ular o'z navbatida aylanadi va elektr energiyasini ishlab chiqaradi. Chernobil reaktori ham suv bilan sovutilgan bo'lsa-da, suv asosan sovutish uchun ishlatilgan, ammo neytronlarni sekinlashtirmagan. Buning o'rniga, ulkan grafit bloklari yoqilg'ini o'rab oldi va neytronlarni sekinlashtirish uchun ishlatilgan.

Agar suv bilan sovutilgan va suv bilan sovutilgan reaktorda biror narsa noto'g'ri bo'lsa, chiqarilgan issiqlik miqdori yoqilg'ini o'rab turgan suvning qaynashiga va bug'ga aylanishiga olib keladi. Suv neytronlar uchun ajoyib moderator bo'lsa-da, bug' emas. Neytron sekinlashuvi pasayganda, neytronlar endi davom eta olmaydi zanjir reaktsiyasi parchalanadi va reaktor yopiladi. Shuning uchun ko'pchilik reaktorlar har qanday halokatli bosim oshishi va buning mumkin bo'lgan oqibatlarini oldini olish uchun reaksiyaga kirishadilar.

226 Ra → 222 Rn + 4 He.

Radon va geliy yadrolarining kinetik energiyalarining olingan qiymatlari relativistik bo'lmagan yaqinlashuvdan foydalanishni oqlaydi. Ushbu yaqinlashishning haqiqiyligini baholash uchun mahsulotlarning tezligini hisoblash va ularni yorug'lik tezligi bilan solishtirishning hojati yo'q, zarrachaning kinetik energiyasini uning dam olish energiyasi bilan solishtirish kifoya. Radiy yadrosining parchalanishida 226 Ra, maksimal kinetik energiya geliy yadrosini (ya'ni, a-zarrachani) olib ketadi va bu energiya nuklonning qolgan energiyasining (~940 MeV) 0,5% dan kamini va shunga mos ravishda geliy yadrosining qolgan energiyasining 0,15% dan kamini tashkil qiladi. .
Radiyning a-emirilishi natijasida hosil bo'lgan radon yadrosi (T 1/2 = 1600 yil) yarim yemirilish davri T 1/2 = 3,82 kun bo'lgan a-emirilishni ham boshdan kechiradi.

Baxtsiz hodisa yuz berganda Chernobil atom elektr stantsiyasi quvvatning keskin o'sishi sovutish suvining qaynashiga olib keldi, lekin u suv bilan sovutilmaganligi sababli, grafit bloklari neytronlarni sekinlashtirishda davom etdi va bu kuchni halokatli ta'sirga yetguncha oshirishga imkon berdi.

Shuni ham ta'kidlash kerakki, ushbu hodisadan oldin operatorlar ba'zi xavfsizlik davrlarini o'chirishni tanlagan sinovlarni o'tkazgan, shuning uchun sinovlar uzoq davom etmagan. Ushbu xavfsizlik sxemalaridan birining yo'qligi aslida quvvatning tez o'sishiga imkon berdi.

Muammo 10.1. 222 Rn → 218 Rn + 4 He yemirilishidagi a-zarrachaning kinetik energiyasini hisoblang.

DM = D(222 Rn) - D(218 Rn) - D(4 He);

Bu yemirilishda vujudga kelgan 218 Po poloniy yadrosi ham a-zarrachalar chiqishi bilan parchalanadi (uning yarim yemirilish davri T 1/2 = 3,1 min): 218 Po → 214 Pb + 4 He. Ushbu parchalanish mahsuloti neytronlar bilan "ortiqcha yuklangan" qo'rg'oshin yadrosi 214 Pb (qo'rg'oshin izotoplari 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb barqaror). Shuning uchun b-emirilish kanali orqali 214 Pb parchalanadi (T 1/2 = 27 minut).
Biz ko‘rib chiqqan yemirilishlar “zanjiri” og‘ir yadrolarning yemirilishlariga xos xususiyatdir. 10 milliard yil oldin elementlarning sintezi jarayonida hosil bo'lgan og'ir yadrolar parchalanib, yana beqaror yadrolarni hosil qiladi. Barqaror elementlar hosil bo'lgunga qadar parchalanish davom etadi. Yemirilishlarda a-zarralar va juft leptonlar chiqariladi (b-yemirilish). a-emirilishlarda yadrolardagi A nuklonlari soni 4 ga o'zgaradi, b-yemirilishlar A o'zgarmagan holda sodir bo'ladi. Shuning uchun og'ir yadrolarning radioaktiv parchalanishining faqat 4 seriyasi (oilasi) mavjud. massa raqamlari A = 4n, 4n + 1, 4n + 2 va 4n + 3 (3.1-jadvalga qarang).

Grafit bloklari yonib, ko'proq issiqlik va zararga olib keldi. Bug 'portlashlari va barcha issiqlik reaktor idishini o'rnatmalarini yashirishga majbur qildi va reaktor binosidan reaktorga ko'plab bo'linish mahsulotlari chiqarilishiga olib keldi. Yodingizda bo'lsin, Chernobil reaktori yupqa qatlamli devor binosida joylashgan bo'lib, unda AQSh va Rossiya va sobiq Sovet Ittifoqidan tashqari boshqa mamlakatlarda qo'llaniladigan 3 bo'lakli po'lat temir-beton yo'q edi.

Chernobil avariyasidan keyingi birinchi yil davomida o'tkir radiatsiya sindromi tufayli o'lganlar soni yaxshi hujjatlashtirilgan. Hodisadan keyin yana ikki kishi boshqa jarohatlar tufayli vafot etgan. Chernobil AESdagi avariyadan keyin bashorat qilingan katta raqam saraton o'limi. Voqea paytida potentsial ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan homilador ayollarning tug'ilmagan bolalarining sog'lig'iga ta'siri ayniqsa tashvishlidir. Shunga o'xshash ko'rinishlar Italiya, G'arbiy Germaniya, Daniya va Norvegiyada kuzatilgan.

Radioaktiv parchalanish seriyasi 238 U


A = 4n + 1 bo'lgan oilalarning ikkinchisining birlamchi yadrolari ular hosil bo'lganidan keyin o'tgan vaqt davomida amalda parchalanib ketgan. Qolgan uchta qatorning parchalanishi Yer materiyasining radioaktivligining manbai hisoblanadi. Yuqorida ko'rib chiqilgan 226Ra, 222Rn va 218Po parchalanishlari 4n + 2 oilasiga tegishli.

Tug'ilishdan oldin kasal bo'lgan bolalar qalqonsimon bez saratoni bilan kasallanish ehtimoli ko'paygan bo'lsa-da, juda kam odam kasallikdan o'ladi. Biroq, bugungi kunga qadar, qabul qiluvchi aholida qattiq saraton yoki leykemiyaning aniq o'sishi kuzatilmagan eng yuqori qiymat. Uran ham hamma kabi atom elementlari, izotoplar deb nomlanuvchi bir necha xil shakllarda uchraydi.

Yadro parchalanishi juda samarali energiya manbai bo'lganligi sababli, yadro reaktorlari juda kam yoqilg'i talab qiladi. Birgina 20 grammlik uran yoqilg‘isi qoldig‘i 400 kilogramm ko‘mir, 410 litr neft yoki 350 kub metr tabiiy gaz bilan bir xil miqdorda energiya ishlab chiqarishi mumkin.

. Neytronlar bilan yadro reaksiyalari

Neytronlar ham, protonlar ham yadrolar va nuklonlar bilan kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etadilar. Biroq, yo'q elektr zaryadi neytronda Kulon to'sig'i yo'q yadro reaksiyalari, shuning uchun neytronlar ta'sirida yadro reaktsiyalari o'ynaydi alohida rol amaliy yadro fizikasida.
Tibbiy va texnik maqsadlarda radioaktiv izotoplarni olish barqaror izotoplarni neytron nurlanishi orqali amalga oshiriladi. Neytronlarning manbai, masalan, yadroviy reaktor. Qabul qilishni o'ylab ko'ring radioaktiv izotop oltinni faollashtirish reaktsiyasi misolida

Yadro reaktorlarining asosiy komponentlari

Uran reaktorga kirishdan oldin nisbatan barqaror: u shunchalik oz miqdordagi nurlanish chiqaradiki, foydalanilmagan yoqilg'i granulalari atrofida bo'lish xavfsizdir. Bu jarayon elektr energiyasiga aylanishi mumkin bo'lgan issiqlikni chiqaradi. Yadro yoqilg'isi kontsentratsiyasini nazorat qilish va neytronlarni sekinlashtirish yoki yutish orqali yadro reaktorlari ushbu zanjir reaktsiyasini kerakli tezlikda barqarorlashtiradi. Yadro reaktorining asosiy qismlari yadro, moderator, boshqaruv novdalari, sovutish suvi va ekrandan iborat.

n + 197 Au → 198 Au + g.

A = 198 bo'lgan oltinning hosil bo'lgan izotopi radioaktivdir. Yarimparchalanish davri T 1/2 = 2,7 kun 198 Au → 198 Hg + e + e bilan parchalanadi.
197 oltin nurlanishi boshlangan paytdan boshlab vaqt o'tishi bilan oltin yadrolari sonining 198 o'zgarishini ko'rib chiqaylik:

Bu yerda I - neytron oqimi, n - namunadagi oltin yadrolar soni 197 Au, s - faollanish reaksiyasining samarali kesimi.

Reaktor yadrosida uran yoqilg'isi mavjud. Moderator suv kabi engil material bo'lib, neytronlarni ushlanmasdan sekinlashtirishga imkon beradi. Bo'linish natijasida hosil bo'lgan tez neytronlarni sekinlashtirish ularning samaradorligini oshirishi va keyingi bo'linishga olib kelishi mumkin.

Boshqaruv tayoqchalari bor, kumush, indiy, kadmiy yoki gafniy kabi neytronlarni o'zlashtiradigan materiallardan tayyorlanadi. Neytronlar sonini kamaytirish va shu bilan kerak bo'lganda bo'linish jarayonini to'xtatish uchun ular reaktorga kiritiladi. Ular reaktorda darajani nazorat qilish va quvvatni taqsimlash uchun ham ishlatiladi.

Faoliyat - ma'lum bir dorining 1 soniya ichida parchalanish soni. Faollik namunadagi radioaktiv izotop yadrolari soni bo'yicha parchalanish ehtimoli ko'paytmasiga teng.

J(t) = lN(t) = Ins(1 – e -lt).

Ta'sir qilish vaqti t bo'lishi sharti bilan<< T 1/2 ,

lt = tln2/T<<1 (1 – e -λt) ≈ 1 – 1 – λt = λt.

n = mN A /A, bu erda m - faollashtirilgan namunaning massasi, N A - Avogadro soni ekanligini hisobga olsak, oltin izotopi 198 Au ning induktsiyalangan faolligini topamiz.

Sovutish suyuqligi reaktor yadrosi orqali aylanib yuradigan suyuqlik bo'lib, u yadro bo'linishi paytida hosil bo'lgan issiqlikni yutish va uzatish uchun ishlatiladi. Shu bilan birga, u yoqilg'ining haroratini maqbul chegaralarda saqlaydi. Himoya - bu reaktor va uning bug 'generatorlari atrofidagi tuzilma bo'lib, uni kirishdan himoya qilish va ichidagi katta nosozliklar yuzaga kelganda uning atrofidagilarni radiatsiya ta'siridan himoya qilish uchun mo'ljallangan. Bu odatda metr qalinlikdagi beton va temir konstruktsiyadir.

Josuslik, razvedka va xavfsizlik entsiklopediyasi. Yadro reaktorlari murakkab qurilmalar bo'lib, ularda uran, toriy yoki plutoniy kabi parchalanuvchi elementlar barqaror zanjirli yadroviy reaktsiyaga kirishadi. Bu zanjir reaktsiyasi zanjir reaktsiyasini davom ettiradigan nurlanish shaklida energiya chiqaradi; yaqin atrofdagi atomlarni, shu jumladan yadro yoqilg'isini o'zgartiradi; va issiqlik sifatida to'planishi mumkin. Yadro reaktorining an'anaviy, ammo zaif bo'linadigan nuklidi uran-238 ni plutoniy-239 ga o'tkazish yadroviy qurollar uchun portlovchi moddaning muhim manbai bo'lib, yadroviy reaktorlardan olingan issiqlik dunyodagi elektr energiyasining taxminan 16 foizini ishlab chiqarish va suv osti kemalari, samolyot tashuvchilarni harakatga keltirish uchun ishlatiladi. , va boshqa ba'zi harbiy kemalar ..

Neytron oqimida nurlangan namunaning faolligini o'lchash ham samarali faollashuv kesimini aniqlash usuli sifatida xizmat qilishi mumkin.

Neytronlar bilan reaktsiyalar uchun, shuningdek, boshqa yadro reaktsiyalari uchun samarali kesmalar neytronlarning kinetik energiyasiga bog'liq. Neytronlarning tutilishi ekzotermik reaktsiyaga olib keladigan taqdirda - ya'ni. energiya chiqishi bilan ketadi - E kin mintaqasida energiya ortishi bilan samarali tutib olish kesimi kamayadi< 1 эВ (приблизительно по закону σ ~ 1/v). В области 1 эВ < Е кин < 1 МэВ сечение захвата проходит через несколько резонансных максимумов, положение которых определено спектром энергий возбуждения ядра, получающегося в результате захвата нейтрона. При энергиях нейтрона выше резонансной области эффективное сечение снова падает. Для большинства ядер примерный ход зависимости сечения экзотермической реакции захвата σ n = f(E кин) близок к показанному на рис. 10.1. для эффективного сечения реакции деления изотопов урана. Таким образом, уменьшение кинетической энергии нейтрона приводит к увеличению эффективного сечения захвата нейтрона ядром мишени.
Muammo 10.1 shartlarida ko'rsatilgan. oltin uchun samarali faollashtirish kesimining qiymati issiqlik harakati energiyasiga teng neytron energiyasiga to'g'ri keladi. Bunday energiyaga neytronlarni mo'tadil qilish orqali erishiladi.

Yadro reaktorlari sun'iy yo'ldoshlarda ham qo'llanilgan va lokomotivlar, samolyotlar va raketalar uchun quvvat manbai sifatida taklif qilingan. Yadro reaktori qanday ishlaydi. Yadro reaktori ba'zi atomlarning o'ziga xos beqarorligidan foydalanadi, odatda yuqori atom raqamiga ega bo'lgan yoki tasodifiy vaqtda portlash, fotonlar, neytronlar, elektronlar va alfa zarralarini chiqaradigan proton va neytronlarning nomutanosibligini o'z ichiga oladi. Ba'zi nuklidlar uchun o'rtacha vaqt ma'lum bir atom o'z-o'zidan qisqarishini kutadi.

Bunday beqaror izotop toʻplamining yetarlicha atomlari bir-biriga yaqinlashganda, boʻlinuvchi atomlar chiqaradigan neytronlar qoʻshni beqaror atomlarning yadrolariga tegishi ehtimoli yuqori boʻladi. Ular bir vaqtning o'zida bo'linib, ko'proq neytronlarni chiqaradi, bu esa ko'proq bo'linish hodisalarini keltirib chiqarishi mumkin va hokazo. bu yadroviy reaktorlar va yadro tipidagi yadro bombalari bog'liq bo'lgan zanjirli reaktsiya. Biroq, reaktorda bo'linish tezligi taxminan o'zgarmas bo'lsa, bombada u eksponent ravishda o'sib boradi va bo'linadigan materialning katta qismini soniyaning kichik bir qismida iste'mol qiladi.

. Neytron moderatsiyasi

Neytronlarni moderatsiyalash neytronlar bilan reaksiyalar uchun samarali kesmalarni oshirish maqsadida amalga oshiriladi.
Uchun sekinlashish neytronlar neytronlarning modda yadrolariga elastik sochilishidan foydalaniladi. Neytronlarning yadrolar tomonidan elastik sochilishi uchun kesma neytronning kinetik energiyasi kamayishi bilan doimiylikka intiladi.
Neytronlarning protonlar tomonidan elastik sochilishida, o'rtacha, bir sochilish hodisasida neytron o'z energiyasining yarmini yo'qotadi:

Yadro portlashini emas, uzluksiz zanjirli reaktsiyani ta'minlash uchun reaktor parchalanuvchi atomlarni bir-biriga juda yaqin to'plamasligi kerak. Shuning uchun ular zanjir reaktsiyasini qo'llab-quvvatlamaydigan kamroq bo'linadigan atomlar bilan aralashadi. Bo'linish bombasi uchun 90% boyitish odatiy holdir. Quyida muhokama qilingan dengiz yadroviy reaktorlarida 20 dan 93 foizgacha boyitilgan yoqilg'i ishlatilgan. Oddiy yadroviy reaktor o'zining faol yoqilg'i komponentini suyultirish orqali ushbu suyultirilgan yoqilg'i tomonidan ishlab chiqarilgan neytronlarning zanjir reaktsiyasini davom ettirishini ta'minlash orqali kompensatsiya qilishi kerak.

Neytronning protonga elastik sochilishida energiya va impulsning saqlanish qonunlari:

E belgisi kinetik energiyani bildiradi. Neytron va protonning kinetik energiyalari relyativistik bo'lmagan yaqinlikdagi

(proton va neytron massalari orasidagi farqni e'tiborsiz qoldirish mumkin, ya'ni m n ≈ m p), ya'ni. impulsning saqlanish qonunining uchburchagi to'g'ri burchakli uchburchakdir.
Shunung uchun:

Bu ko'pchilik reaktorlarda yoqilg'ini kichik bo'laklarga yoki "yoqilg'i xujayralari" ga "moderator" deb nomlangan material matritsasiga joylashtirish orqali amalga oshiriladi. Moderatorning vazifasi yoqilg'ida bo'linadigan atomlar tomonidan chiqarilgan neytronlarni sekinlashtirishdir. Ajablanarlisi shundaki, sekin neytron uran, plutoniy yoki toriy yadrolarida tez neytronlarga qaraganda ko'proq bo'linishga olib keladi, moderator, ko'pchilik neytronlarni yadrolarga urish imkonini berish uchun sekinlashtiradi va shu bilan har bir neytronning hissa qo'shish ehtimolini oshiradi. zanjir reaktsiyasini saqlab qolish uchun.

Shunday qilib, moderator sifatida har qanday vodorod o'z ichiga olgan moddalar - suv, kerosin va boshqalar ishlatilishi mumkin. Biroq, neytron fizikasining bir qator ilovalarida, masalan, bo'linish zanjiri reaktsiyasini saqlab qolish uchun moderatorning muhim xususiyati hisoblanadi. moderator tomonidan kichik samarali neytronni tutib olish kesimi. Bunday hollarda moderatorni tanlash moderatorda neytron energiyasini kamaytirish jarayonining samaradorligi va neytronni ushlab turishning past kesimi bilan belgilanadi. Ushbu xususiyatlarga ko'ra, og'ir suv (D 2 O) va grafit yaxshi moderatorlardir. Moderator sifatida suv yoki boshqa vodorod o'z ichiga olgan moddalar ishlatilganda, 1 H (n, g) 2 H reaktsiyasi tufayli muhim neytron tutilishi sodir bo'ladi.
Neytronlarning og'irroq yadrolar tomonidan elastik sochilishida neytron kinetik energiyalarining o'rtacha yo'qolishi protonlar tomonidan sochilganidan kamroq bo'ladi. Masalan, neytronlar 12 C yadrolarga sochilganda:

Moderator sifatida grafit, suv, og'ir suv va sirkoniy gidrid ishlatilishi mumkin. Oddiy suv eng ko'p ishlatiladigan moderatordir. Agar yadroviy reaktor tomonidan olib boriladigan zanjirli reaktsiya reaktorning o'ziga zarar etkazish uchun etarli darajada issiqlik hosil qilsa, bu issiqlik reaktor ishlayotgan vaqtda doimiy ravishda gaz yoki suyuqlik tomonidan olib ketilishi kerak. Reaktordan chiqarilgandan so'ng, bu energiya atrof-muhitga chiqindi issiqlik sifatida chiqarilishi yoki qisman elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin.

Suyuq natriy, bosimli suv, qaynoq suv va geliy, sanoat yoki atom elektr stantsiyalarida bosim yoki qaynoq suv ostida ishlatilganda yadro reaktorlari uchun sovutish vositasi sifatida ishlatilgan. Odatda, reaktordan olinadigan issiqlik energiyasi, avvalo, turbinalarni haydash uchun issiq gaz yoki bug' yordamida kinetik energiyaga, so'ngra generatorlarni aylantirish uchun turbinalar yordamida elektr energiyasiga aylanadi. Qo'shimcha mahsulot reaktori.

Tarqalish jarayonlarida neytronlarning kinetik energiyalarining kamayishi moderator materialidagi molekulalarning issiqlik harakati energiyalarigacha sodir bo'ladi. Bu energiya diapazonida neytronlarning tezlik va kinetik energiya bo'yicha taqsimlanishi Maksvell taqsimotiga yaqin. Taxminan 300 o K moderator haroratida termal neytronlarning o'rtacha kinetik energiyasini baholaylik.

Erkinlik darajasi 3 bo'lgan zarrachaning issiqlik harakatining o'rtacha kinetik energiyasi
E kin =(3/2)kT, bu erda k - Boltsman doimiysi (k = 8,62×10 -11 MeV/k):

Ekin =(3/2)kT = 0,04 eV.

Agar elastik sochilishning bir aktida neytron kinetik energiyasining taxminan 1/2 qismi yo'qolsa, u holda sekinlashuv uchun zarur bo'lgan tarqalish hodisalarining o'rtacha soni ~27 ni tashkil qiladi. Haqiqatan ham:

. bo'linish zanjiri reaktsiyasi

Atom yadrosining massasi oʻxshash boʻlgan ikkita boʻlakka boʻlinish reaksiyasi boʻlinish deyiladi. Bo'linish o'z-o'zidan yoki majburiy bo'lishi mumkin (ya'ni, hodisa zarrasi bilan o'zaro ta'sir natijasida). Yadro energiyasini olish usullari asosida neytronlar ta'sirida og'ir yadrolarning bo'linish reaktsiyasi yotadi. Yadrolarning solishtirma bog’lanish energiyasining A nuklonlar soniga bog’liqlik egri chizig’idan A=200 bo’lgan bitta yadroning nuklonlari kamroq bo’lgan ikkita yadroga aylanishida qanday energiya ajralib chiqishini taxmin qilish mumkin. Og'ir yadrolar uchun bir nuklonning bog'lanish energiyasi taxminan 7,5 MeV, o'rta yadrolar uchun esa ≈ 8,5 MeV bo'lganligi sababli, bu yadroning bo'linishi ~200 MeV energiya chiqaradi.
Bo'linish energiyasining asosiy qismi "parchalar" ning kinetik energiyasiga aylanadi - ya'ni. yadro parchalanishi natijasida yuzaga keladi. Fragmentlar, qoida tariqasida, teng massaga ega emas, o'rtacha massalar nisbati 1,5 ga teng.
Bo'linishning juda muhim xususiyati shundaki, bir qator og'ir yadrolar uchun bo'linish neytronlarning emissiyasi bilan birga keladi, chunki uran 235 U yadrosining majburiy bo'linishi misolida ko'rsatilgan:

n + 235U → 95Sr + 139Xe +2n. (10.4)

(10.4) reaksiyaga qo'shimcha ravishda uran izotopi 235 U ning majburiy bo'linishi o'nlab boshqa bo'linish kanallari orqali o'tadi. 235 U yadrolarining induksiyalangan boʻlinish reaksiyalarining eng muhim xususiyati shundaki, bu izotop uchun boʻlinish reaksiyalari (n,f) energiya chegarasiga ega emas, yaʼni. termal neytronlarda paydo bo'lishi mumkin va shuning uchun katta samarali kesmalarga ega. O'rtacha n = 2,43 tez neytronlar termal neytronlar tomonidan 235 U izotopning bo'linish hodisasida hosil bo'ladi. Majburiy bo'linish paytida yadrolari har bir bo'linish hodisasi uchun o'rtacha 2-4 neytron beradigan elementlarni saqlab qolish uchun ishlatilishi mumkin. bo'linish zanjiri reaktsiyasi. Biroq, parchalanish natijasida hosil bo'lgan neytronlar har doim ham stimulyatsiyalangan bo'linish jarayonini qo'llab-quvvatlash uchun ishlatilmaydi. Bo'linish reaktsiyalarida hosil bo'lgan ba'zi neytronlar boshqa reaktsiyalarni keltirib chiqaradi, masalan, (n, g) reaktsiyasi. Shuning uchun, bo'linish jarayonini saqlab qolish uchun, qiymati

Agar bir avloddagi neytronlar soni oldingi avloddagi neytronlar sonidan kam bo'lmasa, bo'linish zanjiri reaktsiyasi saqlanib qoladi. AES reaktori neytronlarni ko'paytirish koeffitsienti k > 1 da ishlaydi, chunki ishlab chiqarilgan neytronlarning bir qismi reaktordan qochish va boshqa reaktsiyalar (masalan, radiatsiya tutilishi reaktsiyalari (n, g)) tufayli yo'qoladi.
Bo'linuvchi elementning massasi deb atalmishdan kam bo'lishi mumkin emas. kritik massa va bo'linish sodir bo'ladigan faol zonaning o'lchami kritik o'lchamdan kichikdir.
Amalda, boshqariladigan bo'linish zanjiri reaktsiyasini olish uchun faqat uchta 235 U, 238 U, 239 Pu izotoplari ishlatiladi va uran yadro reaktorlarida plutoniyning uchinchi izotopi - 239 Pu ishlab chiqariladi. 238 U izotopi faqat energiyalari 1,1 MeV dan kam boʻlmagan tez neytronlar taʼsirida parchalanadi.
Ko'pgina sanoat yadro reaktorlari (AES) boyitilgan uranda ishlaydi, ya'ni. 238 U va 235 U izotoplari aralashmasi, bunda 235 U ulushi bu izotopning tabiiy aralashmadagi ulushidan sezilarli darajada oshadi (~ 0,7% o'rniga taxminan 4%). Bu "past boyitilgan" uran deb ataladi (6% 235 U dan ortiq uran izotoplari aralashmasi - "yuqori boyitilgan" uran - yadro qurolini yaratish uchun ishlatiladigan material). Termal neytronlar ta'sirida bo'linishning zanjirli reaktsiyasi 235 U izotopida sodir bo'ladi.Uranning bu izotopi termal neytronlar ta'sirida ikkita "parcha"ga bo'linadi - massa raqamlari 72 dan 161 gacha bo'lgan yadrolarga va proton raqamlari 30 dan 65 gacha. Masalan,

n + 235U → 94Kr + 140Ba +2n. (10.6)

Termal neytronlar uchun 235U (n, f) bo'linish reaktsiyalari uchun umumiy samarali kesma taxminan 580 omborni tashkil qiladi.

238 U izotopining bo'linish reaktsiyasi chegara hisoblanadi; bu izotop faqat 1,1 MeV dan yuqori neytron energiyasida parchalanadi, ya'ni. "tezkor" neytronlar. Biroq, bu bo'linish reaktsiyasi uchun samarali kesma termal neytronlar ta'sirida 235 U(n,f) bo'linish kesimidan ancha past bo'ladi (10.1-rasmga qarang).

Reaksiyada ajralib chiqadigan energiya deyarli (10,4) ning chap va o'ng tomonlari yadrolari va neytronlarining qolgan massalari o'rtasidagi farqga to'g'ri keladi, chunki energiya balansida termal neytronlarning kinetik energiyasini (~ 0,04 eV) e'tiborsiz qoldirish mumkin. :

E = m n + M(235 U) - M(95 Sr) - M(139 Xe) - 2m n =
= D(235 U) − D(95 Sr) − D(139 Xe) − D(n) =
= (40,92 - (-75,05) - (-75,69) - 8,07) MeV≈ 183 MeV.

Bo'linish jarayonida hosil bo'lgan neytronlar tezdir. Boshqa 235 U yadrolarning bo'linishi, ya'ni zanjirli reaktsiyani saqlab turish uchun foydalanish uchun ularni issiqlik harakati tezligiga sekinlashtirish kerak. Buning uchun A qiymati kichik bo'lgan elementlardan tashkil topgan materiallardan foydalaniladi. A qanchalik kichik bo'lsa, neytronlarning tezligi shunchalik tez sekinlashadi (neytronlarning sekinlashishi neytronning yadrolariga elastik sochilishi reaktsiyasida sodir bo'ladi). moderator). Moderatorning yana bir majburiy sifati - samarali neytronni yutish kesimining past qiymati. Bunday talablar bir hil reaktorlarda ishlatiladigan og'ir suv bilan ta'minlanadi. Grafit heterojen reaktorlarda moderator sifatida ishlatiladi. Bunday holda, neytronlarning moderatsiyasi uglerod yadrolarida sodir bo'ladi. 10.2-jadvalda uchta neytron moderatorining asosiy xarakteristikalari keltirilgan: termal neytronni tutib olish kesmalarining qiymatlari va moderatordagi neytronlarning moderatsiya uzunligi L (L - moderatorda neytronlarning o'rtacha kinetik energiyadan o'tadigan yo'li). ular issiqlik harakatining energiyalariga bo'linish jarayonida tug'iladi).

Boʻlinish reaksiyalari natijasida neytronlar bilan “oʻta toʻyingan” beqaror yadrolar (“boʻlinish boʻlaklari”) paydo boʻladi. Protonlar sonining bir xil qiymatiga ega barqaror yadrolar bilan solishtirganda

Moderatorlar - Kimyo, Atom energetikasi bo'limi Moderatorlar. Moderator neytronlarning energiyasini kamaytirishga xizmat qiladi ...

To'xtatuvchilar.

Moderator parchalanish jarayonida chiqariladigan neytronlarning energiyasini taxminan 1 MeV dan taxminan 0,025 eV issiqlik energiyasiga kamaytirishga xizmat qiladi. Moderatsiya asosan parchalanmaydigan atomlar yadrolari tomonidan elastik sochilishi natijasida sodir bo'lganligi sababli, moderator atomlarining massasi imkon qadar kichik bo'lishi kerak, shunda neytron ularga maksimal energiya o'tkaza oladi. Bunga qo'shimcha ravishda, moderator atomlari tarqalish kesimiga nisbatan kichik tutilish kesimiga ega bo'lishi kerak, chunki neytron issiqlik energiyasiga sekinlashuvidan oldin moderator atomlari bilan qayta-qayta to'qnashishi kerak.

Eng yaxshi moderator vodoroddir, chunki uning massasi deyarli neytronning massasiga teng va shuning uchun neytron vodorod bilan to'qnashganda eng katta energiyani yo'qotadi. Ammo oddiy engil vodorod neytronlarni juda kuchli singdiradi va shuning uchun ularning massasi biroz kattaroq bo'lishiga qaramay, mosroq moderatorlar deyteriy, og'ir vodorod va og'ir suvdir, chunki ular neytronlarni kamroq o'zlashtiradi.

Beriliyni yaxshi moderator deb hisoblash mumkin. Uglerod shu qadar kichik neytronni yutish kesimiga ega bo'lib, u neytronlarni samarali tarzda mo''tadil qiladi, garchi u vodorodga qaraganda sekinlashishi uchun ko'proq to'qnashuvlarni talab qiladi. Vodorod, deyteriy, berilliy va uglerod yordamida neytronni 1 MeV dan 0,025 eV gacha sekinlashtirish uchun zarur bo'lgan elastik to'qnashuvlarning o'rtacha N soni mos ravishda taxminan 18, 27, 36 va 135 ni tashkil qiladi. Ushbu qiymatlarning taxminiy tabiati kimyoviy energiya mavjudligi sababli, 0,3 eV dan past energiyalarda to'qnashuv moderatoridagi bog'lanishlar deyarli elastik bo'lishi mumkin emasligi bilan izohlanadi.

Kam energiyada atom panjarasi energiyani neytronlarga o'tkazishi yoki to'qnashuvda samarali massani o'zgartirishi mumkin, bu esa sekinlashuv jarayonini buzadi. Issiqlik tashuvchilar. Yadro reaktorlarida ishlatiladigan sovutgichlar suv, og'ir suv, suyuq natriy, suyuq natriy-kaliy qotishmasi NaK, geliy, karbonat angidrid va terfenil kabi organik suyuqliklardir.

Bu moddalar yaxshi issiqlik tashuvchilar bo'lib, neytronlarni yutish kesimlari past. Suv ajoyib moderator va sovutuvchi, lekin neytronlarni juda kuchli singdiradi va 336 C ish haroratida 14 MPa juda yuqori bug 'bosimiga ega. Eng mashhur moderator og'ir suvdir. Uning xarakteristikalari oddiy suvnikiga yaqin, neytronni yutish kesimi esa kichikroq. Natriy ajoyib sovutuvchi, ammo neytron moderatori sifatida samarali emas.

Shuning uchun u tez neytron reaktorlarida qo'llaniladi, bu erda bo'linish paytida ko'proq neytronlar chiqariladi. To'g'ri, natriyning bir qator kamchiliklari bor: u radioaktivlikni keltirib chiqaradi, issiqlik sig'imi past, kimyoviy faol va xona haroratida qotib qoladi. Natriy va kaliy qotishmasi xossalari bo'yicha natriyga o'xshaydi, lekin xona haroratida suyuq bo'lib qoladi. Geliy ajoyib sovutish suvi, lekin u past o'ziga xos issiqlik quvvatiga ega. Karbonat angidrid yaxshi sovutish suvi bo'lib, grafitli reaktorlarda keng qo'llaniladi.

Terfenilning suvdan afzalligi shundaki, u ish haroratida past bug' bosimiga ega, lekin u reaktorlarga xos bo'lgan yuqori harorat va radiatsiya oqimlari ostida parchalanadi va polimerlanadi. Issiqlik hosil qiluvchi elementlar. Yoqilg'i elementi germetik qoplamali yonilg'i yadrosidir. Qoplama parchalanish mahsulotlarining oqishi va yoqilg'ining sovutish suvi bilan o'zaro ta'sirini oldini oladi.

Qobiq materiali neytronlarni zaif singdirishi va qabul qilinadigan mexanik, gidravlik va issiqlik o'tkazuvchanlik xususiyatlariga ega bo'lishi kerak. Yoqilg'i elementlari odatda alyuminiy, sirkoniy yoki zanglamaydigan po'lat quvurlardagi sinterlangan uran oksidi granulalari, sirkoniy, molibden va alyuminiy bilan qoplangan uran qotishmalarining granulalari yoki alyuminiy qotishmasi bo'lsa, uran karbidli dispers grafit bilan qoplangan grafit granulalari. .

Ushbu yonilg'i elementlarining barchasi ishlatiladi, ammo bosimli suv reaktorlari uchun zanglamaydigan po'lat quvurlardagi uran oksidi granulalari eng ko'p afzallik beriladi. Uran dioksidi suv bilan reaksiyaga kirishmaydi, yuqori radiatsiya qarshiligiga ega va yuqori erish nuqtasi bilan ajralib turadi. Yuqori haroratli gaz bilan sovutilgan reaktorlar uchun grafit yonilg'i xujayralari juda mos ko'rinadi, ammo ular diffuziya yoki grafitdagi nuqsonlar tufayli jiddiy kamchilikka ega bo'lib, parchalanish gazlari ularning qoplamasi orqali kirib borishi mumkin.

Organik sovutgichlar zirkonyum yonilg'i tayoqlari bilan mos kelmaydi va shuning uchun alyuminiy qotishmalaridan foydalanishni talab qiladi. Organik sovutish suvi bo'lgan reaktorlarning istiqbollari alyuminiy qotishmalari yoki chang metallurgiya mahsulotlari yaratilganligiga bog'liq bo'lib, ular sovutish suviga issiqlik o'tkazuvchanligini oshiradigan qanotlardan foydalanish uchun zarur bo'lgan ish harorati va issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'ladi. Issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli yoqilg'i va organik sovutish suvi o'rtasidagi issiqlik almashinuvi kichik bo'lganligi sababli, issiqlik o'tkazuvchanligini oshirish uchun sirt qaynatishdan foydalanish maqsadga muvofiqdir.

Yangi muammolar sirt qaynashi bilan bog'liq bo'ladi, ammo organik issiqlik tashuvchi suyuqliklardan foydalanish foydali bo'lsa, ularni hal qilish kerak.

Ishning oxiri -

Ushbu mavzu quyidagilarga tegishli:

Yadro energiyasi
Yadro Yonilg'i Sikli. Yadro energetikasi murakkab sanoat bo'lib, u birgalikda yoqilg'i aylanishini tashkil etadigan ko'plab sanoat jarayonlarini o'z ichiga oladi. Yoqilg'i davrlarining har xil turlari mavjud, uchun

Atom sanoatining rivojlanishi
Atom sanoatining rivojlanishi. Ikkinchi jahon urushidan keyin butun dunyo boʻylab elektr energetika sanoatiga oʻnlab milliard dollar sarmoya kiritildi. Ushbu qurilish bumiga talabning tez o'sishi sabab bo'ldi

Yadro energetikasi iqtisodiyoti
Yadro energetikasi iqtisodiyoti. Atom energetikasiga investitsiyalar, elektr energiyasini ishlab chiqarishning boshqa sohalariga investitsiyalar kabi, agar ikkita shart bajarilsa, iqtisodiy jihatdan oqlanadi: kilogramm narxi

Tarix ma'lumotnomasi
Tarix ma'lumotnomasi. Yadro boʻlinishini kashf qilish tarixi A. Bekkerelning 1852 1908 yilgi ishlariga borib taqaladi. 1896 yilda turli materiallarning fosforessensiyasini oʻrganayotib, tarkibida uran boʻlgan minerallar, ka.

Yadro bo'linish ehtimolining birinchi belgilari
Yadro bo'linish ehtimolining birinchi belgilari. Fermi bugungi kunda ma'lum bo'lgan ko'plab neytron reaktsiyalarini kashf etgan. Xususan, u atom raqami 93 neptunium bo'lgan elementni, bombalarni olishga harakat qildi

Bo'linishni tasdiqlash
Bo'limni tasdiqlash. Shundan so'ng Kolumbiya universitetidan Fermi, J. Dunning va J. Pegramlar yadro bo'linish sodir bo'lishini ko'rsatadigan tajribalar o'tkazdilar. Dele

Ikkinchi jahon urushi davridagi voqealar
Ikkinchi jahon urushi davridagi voqealar. 1940 yildan 1945 yilgacha rivojlanish yo'nalishi harbiy mulohazalar bilan belgilandi. 1941 yilda oz miqdorda plutoniy olindi va bir qator yadro bug'lari

Xom izotoplar
Xom izotoplar. Toriy-232 va uran-238 ikkita xom izotoplari mavjud bo'lib, ulardan parchalanuvchi uran-233 va plutoniy-239 izotoplari olinadi. Xom izotoplardan foydalanish texnologiyasi turli omillarga bog'liq.

Reaktor turlari
Reaktorlarning turlari. Nazariy jihatdan, yoqilg'i, moderator va sovutish suvi bilan farq qiluvchi 100 dan ortiq turli xil reaktorlar mavjud. Ko'pchilik an'anaviy reaktorlardan foydalanadi

Reaktivlik va nazorat
Reaktivlik va nazorat. Yadro reaktorida o'z-o'zidan ta'minlangan zanjirli reaktsiyaning mumkinligi reaktordan qancha neytronlar sizib chiqayotganiga bog'liq. Bo'linish jarayonida hosil bo'lgan neytronlar yo'qoladi

Xavfsizlik tizimlari
Xavfsizlik tizimlari. Reaktorning xavfsizligi quvvat keskin oshgan taqdirda uni o'chirish uchun u yoki bu mexanizm bilan ta'minlanadi. Bu jismoniy jarayonning mexanizmi yoki tizimning harakati bo'lishi mumkin.

ATO ENERGIYA ISHLAB CHIQISHI. XAVFSIZLIK MASALALARI
ATO ENERGIYA ISHLAB CHIQISHI. XAVFSIZLIK MASALALARI. Yadro energetikasini rivojlantirishning xavfsiz va tejamkor yo'llarini izlashni davom ettirish zarurligini ta'kidlayotganlar orasida ikkita asosiyni ajratib ko'rsatish mumkin.

Biz yadroviy energiyadan voz kechsak bo'ladimi?
Biz yadroviy energiyadan voz kechsak bo'ladimi? A.Vaganov materiallari asosida, NG-Nauka, 2001 y. Iqlim halokati RAS Biofizika instituti yetakchi ilmiy xodimi A. Karnauxov tekshirildi.


Foydalanilgan adabiyotlar va manbalar ro'yxati. Dementiev B.A. Yadro energetikasi reaktorlari. M 1984 2. Robertson B. Amaliy fanlarda zamonaviy fizika. M 1985 3. Samoilov O.B.Usynin G.B.Baxme