Классификация ядерных реакторов

1. По характеру основных материалов, находящихся в активной зоне (ядерное топливо, замедлитель, теплоноситель);

2. По характеру размещения ядерного топлива и замедлителя в активной зоне (оба вещества равномерно смешаны друг с другом – гомогенные; оба вещества располагаются порознь в виде блоков - гетерогенные);

3. По энергии нейтронов (реакторы на тепловых и быстрых нейтронах);

4. По типу режима (непрерывные и импульсивные);

5. По назначению (энергетические, исследовательские, реакторы по производству новых делящихся материалов, радиоактивных изотопов и т. д.)

7. Реакция синтеза атомных ядер

Образование из легких ядер более тяжелых называется реакцией синтеза атомных ядер.

Энергия связи резко увеличивается при переходе от и к и т.е. реакции синтеза ядер должны сопровождаться выделением огромной энергии, что и наблюдается.

Пример реакций:

(Q = 4,0 МэВ)

(Q = 3,3 МэВ)

(Q =17,6 МэВ)

Энергия, выделенная на один изотоп, в различиях синтеза гораздо больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер.

Термоядерная реакция – реакция синтеза легких атомных ядер в более тяжелые, происходящие при сверх высокой температуре (10⁷ К и выше).

Термоядерная реакция – один из источников энергии солнца и звезд. Возможные способы протекания термоядерных реакций на солнце:

1. протонно-протонный, или водородный, цикл (Т ≈ 10⁷ К)

2. углеродно-азотный, или углеродный, цикл (для более высоких температур Т ≈ 2×10⁷ К).

В качестве примера рассмотрим первый цикл:

Неуправляемые термоядерные реакции. Водородная (термоядерная) бомба. Особенно благоприятны условия для синтеза ядер дейтерия ( ) и трития ( ), так как реакция между ними носит резонансный характер. Именно эти вещества образуют заряд водородной (или термоядерной) бомбы. Запалом в такой бомбе служит обычная атомная бомба, при взрыве которой возникает температура порядка 10⁷ К. реакция синтеза ядра дейтерия (дейтрона - d) и ядра трития ( )

сопровождается выделением энергии, равной 17,6 МэВ, что составляет около 3,5 МэВ на нуклон. Для сравнения укажем, что деление ядра урана приводит к высвобождению приблизительно 0,85 МэВ на нуклон.

Управляемая термоядерная реакция. Для осуществления управляемых термоядерных реакций необходимо создавать и поддерживать в некотором объёме температуру порядка 10⁸ К. При данной высокой температуре вещество представляет собой полностью ионизированную плазму. На пути осуществления управляемой термоядерной реакции стоят огромные трудности. Наряду с необходимостью получить чрезвычайно высокие температуры, возникает проблема удержания плазмы в заданном объеме. Соприкосновение плазмы со стенками сосуда приведет к ее остыванию. Кроме того, стенка из любого вещества при такой температуре немедленно испарится.

А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм предложили удерживать плазму в заданном объёме с помощью магнитного поля. Сила действующая в этом поле на движения заряженные частицы заставляет их двигаться по траекториям, расположенных в огромном пространстве.

Осуществление управляемого термоядерного синтеза дает человеку практически неисчерпаемый источник энергии. Поэтому работы по овладению управляемыми термоядерными реакциями ведутся во многих странах. Одним из основных направлений, в которых ведутся эти работы, являются создание установки типа «ТОКАМАК» (сокращение от «тороидальная камера с магнитными катушками»). Такая установка представляет собой замкнутую магнитную ловушку, имеющую форму тора. Плазма удерживается в токамаке магнитным полем очень сложной конфигурации. Разогрев плазмы осуществляется протеканием по ней током.