2. Реакция синтеза лёгких ядер.
При этой реакции происходит слияние ядер, например:
Для слияния ядер необходимо преодолеть электростатический барьер отталкивания, т.к. ядра заряжены положительно, или, иначе говоря, выполнить условия Лоусона, который для d-t реакции имеет следующее значение:
n · τ = 1014 c \ cм3 Т = 2 · 108 о К;
где n – ядерная концентрация; τ – время удержания плазмы; Т – температура плазмы.
Для реакции:
n · τ = 1016 c \ cм3 Т = 109 о К
т.е. технически легче осуществить d – t реакцию.
При синтезе 1 грамма d – t смеси выделяется энергия:
Э =
=
3,9 МВт сут
т.е. в 4 раза больше, чем в реакции деления 1 грамма U 235.
Из рис.3 можно увидеть другое важное достоинство реакции синтеза – частота реакции на порядок больше, чем деления:
Из кривой удельной энергии связи следует, что максимум приходится на область железа (рис.4). Для лёгких ядер энергетически выгодна реакция синтеза, а для тяжёлых – деление ядер.
где Есв – энергия связи ядра.
При сжигании 1 грамма органического топлива (угля) выделяется энергия равная
3,6 · 10-6 МВт сут.
3. Упругое рассеяние (столкновение).
При этой реакции n сталкивается с ядром подобно двум бильярдным шарам, т.е. n не поглощается ядром. При этом, чем легче ядро, тем большую энергию теряет n. Поэтому в качестве замедлителей применяются вещества из лёгких ядер (лёгкая вода, тяжёлая вода, графит, дифинильная смесь).
Из замедлителей лучшей – тяжёлая вода, т.к. она намного меньше поглощает n.
;
где
–
замедляющая способность;
– среднелогарифмическая потеря на 1
столкновение.
4. Неупругое рассеяние (σin, Σin).
При этой реакции нейтрон поглощается ядром, а затем ядро испускает нейтроны, но с меньшей энергией. Эта реакция имеет место при больших энергиях нейтрона ~ 0,4 МэВ и больше. Ео = 2 МэВ – средневзвешенная энергия.
5. Поглощение.
При этой реакции n поглощается ядром. Если нейтрон поглощается, а затем ядро испускает γ – кванты, то такую реакцию называют захватом (σс, Σ с).При определённый энергиях имеет место большая вероятность того, что n будет поглощён ядром. Этот диапазон энергий называется резонансным, а реакция – резонансным поглощением (рис.5).
Диапазон энергий
1-103
эВ называется резонансным. В этом
диапазоне
претерпевает
ряд флюктуаций, т.к. ряд резких скачков
и падений. Результатом чего является
интенсивное поглощение n
U
238.
В диапазоне энергий
больше 103
эВ, а
.
В природном уране
, т.к. в природном уране ядер U
238
в 140 раз больше, чем ядер U
235.
т
.е.
в природном уране будет преобладать
реакция поглощения n
U
238,
т.к.
в
140 раз больше, чем
.
В резонансном
диапазоне энергий будет поглощение n
U
238
больше. В диапазоне энергий близких к
0,
≈
в 140 раз больше, чем
,
поэтому вероятность деления и поглощения
в природном уране будет примерно
одинаковая, т.к.:
Поэтому для работы реактора недостаточно только заменить нейтрон, но необходимо обогатить U 235 (рис.6). В реакторах, в которых нейтрон замедляется называют медленным или тепловым и в них обогащение Х5 = 2…5 %.
В быстрых реакторах нейтрон замедляется, поэтому в них обогащение больше, чем в тепловых, и достигает 20 % и более.
Рис.6. Замедление нейтронов