Вопрос 35!

Деление ядер тяжёлых элементов. Цепная ядерная реакция. Ядерный реактор.

Правильное истолкование деления ядра урана, захватившего нейтрон, было дано в начале 1939 года английским физиком О. Фришем совместно с австрийским физиком Л.Мейтнер.

Деления ядра возможно благодаря тому, что масса покоя тяжёлого ядра больше суммы масс покоя осколков, возникающих при делении. Выделяющаяся при делении ядра энергия имеет электростатическое, а не ядерное происхождение. Большая кинетическая энергия, которую имеют осколки, возникает вследствие их кулоновского отталкивания.

Деление ядра.

Ядро урана-235 имеет форму шара. Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Ядро растягивается до тех пор, пока силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начинают преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. После этого ядро разрывается на две части. После действия кулоновских сил отталкивания эти осколки разлетаются со скоростью, равной 1 /30 скорости света. Фундаментальный факт ядерного деления – испускание в процессе деления двух-трёх нейтронов. Именно благодаря этому оказалось возможным практическое использование внутриядерной энергии.

Деление атомных ядер тяжёлых элементов возможно благодаря тому, что удельная энергия связи этих ядер меньше удельной энергии связи ядер элементов середины периодической системы Менделеева.

При цепных ядерных реакциях выделяется огромная энергия. Эта реакция возможна благодаря тому, что при делении ядер испускается два-три нейтрона. Большая часть выделяемой энергии приходится на кинетическую энергию осколков делящихся ядер.

Коэффициент размножения нейтронов – отношение числа нейтронов в каком-либо “поколении” к числу нейтронов предшествующего “ поколения”. Если k > 1, то число нейтронов увеличивается с течением времени или остаётся постоянным и цепная реакция идёт. Если k < 0, то число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.

Коэффициент размножения определяется следующими четырьмя факторами:

1. Захватом медленных нейтронов ядрами урана-235 с последующим делением и захватом быстрых нейтронов ядрами урана-235 и урана-238 также с последующим делением.

2. Захватом нейтронов ядрами урана без деления.

3. Захватом нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструктивными элементами установки.

4. Вылетом нейтронов из делящегося вещества наружу.

Впервые цепная ядерная реакция деления урана была осуществлена в США коллективом учёных под руководством Энрико Ферми в декабре 1942 года.

В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 года коллективом физиков, который возглавлял наш учёный Игорь Васильевич Курчатов.

В ядерных реакторах, кроме ядерного горючего, имеется замедлитель нейтронов и управляющие стержни. Выделяемая энергия отводится теплоносителем.

Основными элементами ядерного реактор являются: ядерное горючее (уран-235, уран-238, уран-239), замедлитель нейтронов (тяжёлая или обычная вода, графит) теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора и устройство для регулировании скорости реакции. Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей гамма-излучение и нейтроны. Оболочку выполняют из бетона с железным заполнителем.

Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция.