26. Ядерні реакції поділу. Ядерний реактор.

Ядерна реакція - явище перетворення ядер атомів хімічних елементів і елементарних частинок. Ядерні реакції можуть відбуватися спонтанно, або у зіткненнях частинок речовини з високою енергією. Спонтанні ядерні перетворення є причиною природної радіоактивності. Як і хімічні реакції, ядерні реакції можуть бути ендотермічними й екзотермічними. Ядерні реакції поділяються на реакції розпаду та реакції синтезу. Особливим типом ядерної реакції єподіл ядра.  Механізм ядерної реакції розпаду полягає у наступному. Ядерні сили через взаємодію обмінними віртуальними частинками (у більшості випадків відбувається піон-нуклонна взаємодія), час життя яких, відповідно до принципу невизначеності Гейзенберга, обмежений невеликою величиною dt = h'/dE = R/V = (1,3*10^-15/3*10¹⁰) * (140/8)^0,5 = 2,3*10^-23 с, мають нецентральний характер. Це означає, що нуклони не можуть взаємодіяти одночасно з усіма нуклонами у ядрі, особливо у багатонуклонних ядрах. При великій кількості нуклонів у ядрі це обумовлює асиметрію густини ядерних сил та наступну асиметрію нуклонного зв'язку, а отже, і асиметрію енергії по об'єму ядра. Ядро набуває форми, яка суттєво відрізняється від сферичної. У такому разі електростатична взаємодія між протонами може за величиною енергії наближатися до сильної взаємодії. Таким чином, внаслідок асиметрії, енергетичний бар'єр поділу долається, і ядро розпадається на легші ядра, асиметричні за масою.

Ядерним реактором називається складна установка, в якій здійснюється керована ланцюгова реакція. Ядерний реактор складається з: активної зони, де відбувається ядерна реакція, поглиначів нейтронів, захисного кожуха, парогенератора, турбіни та електричного генератора. Принцип його дії полягає у використанні вивільненої внаслідок ядерної реакції енергії для здобуття електричної напруги. Ядерні реактори є основою атомних електростанцій (АЕС). Нині у світі налічується понад 1000 ядерних енергетичних установок. Атомна енергетика вважається економічно найвигіднішою і високотехнологічною. Вона використовує останні досягнення науки, сучасні автоматизовані системи керування технологічним процесом на основі ЕОМ, потребує високої кваліфікації працівників. Експлуатація АЕС потребує запровадження широкого спектра засобів контролю і радіаційної безпеки, оскільки в разі нехтування ними наслідки можуть бути катастрофічними. 26 квітня 1986 р. внаслідок грубого порушення технологічного циклу роботи ядерного реактора на Чорнобильській АЕС сталася аварія. Загинули люди, наслідки цієї трагедії відчуваються досі.

27.Реакції термоядерного синтезу та їх основні властивості

Якщо ядра є частиною плазми поблизу стану теплової рівноваги, а реакція синтезу відбувається за рахунок кінетичної енергії термічного руху іонів плазми, то така реакція синтезу називається термоядерним синтезом. Оскільки температура згідно з кінетичною теорією є мірою середньоїкінетичної енергії частинок, нагріваючи плазму можна надати ядрам енергію, достатню для подолання кулонівського бар'єру. Переклавши 0,1 MеВ (енергетичне значення кулонівського бар'єру для D-Т реакції синтезу) у Кельвіни отримаємо температуру понад 1 ГК, це надзвичайно висока температура. Є однак два явища, внаслідок яких ядерні реакції відбуваються за значно нижчих температур. По-перше, температура відображає середнюкінетичну енергію, тобто навіть за температур, нижчих ніж еквівалент 0,1 МеВ, частина ядер матиме енергію значно більшу за 0,1 МеВ, у той час як решта матиме меншу енергію. По-друге, внаслідок квантового тунелювання ядра можуть долати бар'єр Кулона і за меншої енергії. Імовірністьтакої події невелика, однак це дозволяє отримати (повільніші) реакції синтезу за нижчих температур.