Реакции деления.

При бомбардировке урана нейтронами иногда возни­кают ядра примерно вдвое легче, чем исходное ядро урана. Новое явление было названо делением ядра и представ­ляло первую экспериментально наблюдаемую реакцию ядерных превращений. Примером может служить одна из возможных реакций деления ядра урана-235:

(13.12)

Процесс деления ядер протекает очень быстро (обычно за время —10~¹² с). Энергия, выделяемая в реакции

типа (13.12), составляет примерно 200 МэВ на один акт деления ядра урана-235.

В общем случае реакцию деления ядра урана-235 можно записать в следующем виде:

(13.13)

Объяснение механизма реакции деления может быть получено в рамках гидродинамической модели ядра.

Ядерный реактор.

Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая ядер­ная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Основными частями ядерного реактора любого типа являются: активная зона, где находится ядерное топливо, протекает цепная реакция деления ядер и выделяется энергия; отражатель нейтронов, окружаю­щий активную зону; теплоноситель, используемый для охлаждения активной зоны; система регулирования цеп­ной реакции и радиационная защита. Мощность ядер­ного реактора 1 МВт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3-Ю¹⁶ актов деления в 1 с. Для характеристики цепной реакции используется понятие коэффициента размножения нейтронов К, который равен отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении. Состояние ядерного реактора определяют с помощью понятия реактивности р = (К- 1)/K. Если К> 1, то цепная реакция нарастает во времени. Ядерный реактор находится в надкритическом состоянии и его реактивность р>0; если K < 1, то реак­ция затухает, ядерный реактор подкритичен (р < 0); при К = 1 реактивность р = 0 — реактор находится в крити­ческом состоянии, идет стационарный процесс и число делений ядер в среднем постоянно во времени. В качестве делящегося вещества в реакторе можно использовать уран-235 и плутоний-239.

В активной зоне реактора располо­жены тепловыделяющие элементы /, содержащие несколь- ко обогащенную смесь природного урана,замедлитель 2, в котором нейтроны деления замедляются до ~ 1 эВ. Тепловыделяющие элементы, или твэлы, представляют собой блоки из делящегося ма­териала, заключенные в герметическую оболочку, слабо поглощающую нейтроны. За счет энергии деления твэлы. разогреваются и отдают энергию теплоносителю, который циркулирует в каналах 3. Активная зона окружена отра­жателем нейтронов 4. Управление цепной реакцией осу­ществляется специальными управляющими стержнями 5, изготовленными из материалов, сильно поглощающих нейтроны (например, бор, кадмий). Изменяя количество и глубину погружения управляющих стержней, можно изменять коэффициент размножения нейтронов и соответ­ственно регулировать работу реактора.

По назначению ядерные реакторы подразделяются на: экспериментальные ис­следовательские, рабочие.

Реакция синтеза.

Ядерным синтезом называются реак­ции слияния протонов и нейтронов или отдельных легких ядер. Простейшими ядерными реакциями синтеза явля­ются:

где— энергия реакции.