Принцип роботи ядерного реактора
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
µ високих температурах. У противному випадку, сили електричного відштовхування не дозволяють ядрам зблизитися настільки, щоб почали діяти ядерні сили притягання. Реакції ядерного синтезу є джерелом зоряної енергії. Цієї ж реакції протікають при вибуху водневої бомби.
Здійснення керованого термоядерного синтезу на Землі обіцяє людству новий, практично невичерпне джерело енергії. Найбільш перспективна в цьому відношенні реакція злиття дейтерію і тритію. Економічно вигідна реакція може йти тільки при нагріванні реагуючих речовин до температури порядку 108 До при великій густині речовини (1014-1015 часток у 1 див3). Такі температури можуть бути досягнуті шляхом створення в плазмі могутніх електричних розрядів. Основні труднощі полягають у тім, щоб удержати плазму настільки високої температури усередині установки протягом 0,1-1,0 с. Через нестійкість високотемпературної плазми ця задача поки залишається невирішеної, і як промислове джерело ядерної енергії в даний час використовуються тільки реакції розподілу ядер.
КЕРОВАНИЙ ТЕРМОЯДЕРНИЙ СИНТЕЗ (УТС), наукова проблема здійснення синтезу легких ядер з метою виробництва енергії. Рішення проблеми буде досягнуто в плазмі при температурі Т > 108К и виконанні Лоусона критерію (nt > 1014 див-3с, де n щільність високотемпературної плазми; t час утримання її в системі). Дослідження проводяться в квазістаціонарних системах (t > 1 з, n +> 1014 див-3) і імпульсних системах (t ~ 10-8 з, n > 1022 див-3). У перших (токамаки, стеллараторы, дзеркальні пастки і т.д.) утримання і термоізоляція плазми здійснюються в магнітних полях різної конфігурації. В імпульсних системах плазма створюється при опроміненні твердої мішені (крупинки суміші дейтерію і тритію) сфальцьованим випромінюванням могутнього лазера або електронних пучків: при влученні у фокус пучка малих твердотельных мішеней відбувається послідовність термоядерних мікровибухів. Рішення проблеми УТС забезпечить людство енергією практично на необмежений термін.
Принципова схема термоядерного реактора в якому нагрів здійснюється за допомогою лазера.
УРАН (лат. Uranium), U (читається "уран"), радіоактивний хімічний елемент з атомним номером 92, атомна маса 238,0289. Актиноид. Природний уран складається із суміші трьох ізотопів: 238U, 99,2739%, з періодом напіврозпаду Т1/2 = 4,51109 років, 235U, 0,7024%, з періодом напіврозпаду Т1/2 = 7,13108 років, 234U, 0,0057%, з періодом напіврозпаду Т1/2 = 2,45105 років. 238U (уран-I, UI) і 235U (актиноуран, Ас) є родоначальниками радіоактивних рядів. З 11 штучно отриманих радіонуклідів з масовими числами 227-240 долгоживущий 233U ( Т1/2 = 1,62105років), він виходить при нейтронному опроміненні тория.
Конфігурація трьох зовнішніх електронних шарів 5 s 2 p 6 d 10 f 3 6 s 2 p 6 d 17 s 2, уран відноситься до f-елементів. Розташований у IIIB групі в 7 періоді періодичної системи елементів. У сполуках виявляє ступеня окислювання +2, +3, +4, +5 і +6, валентності II, III, IV, V і VI.
Радіус нейтрального атома урану 0,156 нм, радіус іонів: U3+ 0,1024 нм, U4+ 0,089 нм, U5+ 0,088 нм і U6+ 0,083 нм. Енергії послідовної іонізації атома 6,19, 11,6, 19,8, 36,7 ев. Электроотрицательность по Полингу 1,22.
ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ Уран був відкритий у 1789 німецьким хіміком М. Г. Клапротом при дослідженні мінералу "смоляної обманки". Названий їм на честь планети Уран, відкритої У. Гершелем у 1781. У металевому стані уран отриманий у 1841 французьким хіміком Э. Пелиго при відновленні UCl4металевим калієм. Радіоактивні властивості урану знайшов у 1896 француз А. Беккерель.
Спочатку уранові приписували атомну масу 116, але в 1871 Д. И. Менделєєв прийшов до висновку, що її треба подвоїти. Після відкриття елементів з атомними номерами від 90 до 103 американський хімік Г. Сиборг прийшов до висновку, що ці елементи (актиноиды) вірніше розташовувати в періодичній системі в одній клітці з елементом №89 актинієм. Таке розташування звязане з тим, що в актиноидов відбувається добудування 5 f-электоронного подуровня.
ЗНАХОДЖЕННЯ В ПРИРОДІ Уран характерний елемент для гранітного шару й осадової оболонки земної кори. Зміст у земній корі 2,510-4% по масі. У морській воді концентрація урану менш 10-9 г/л, усього в морській воді утримується від 109 до 1010 тонн урану. У вільному виді уран у земній корі не зустрічається. Відомо близько 100 мінералів урану, найважливіші з них настуран U3O8, уранініт (U,Th)O2, уранова смоляна руда (містить оксиди урану перемінної сполуки) і тюямунит Ca[(UO2)2(VO4)2]8H2O.
ОДЕРЖАННЯ Уран одержують з уранових руд, що містять 0,05-0,5% U. Витяг урану починається з одержання концентрату. Руди выщелачивают розчинами сарною, азотної кислот або лугом. В отриманому розчині завжди утримуються домішки інших металів. При відділенні від них урану, використовують розходження в їхніх окислювально-відновних властивостях. Окислювально-відновні процеси сполучать із процесами іонного обміну й екстракції.
З отриманого розчину уран витягають у виді оксиду або тетрафторида UF4, методом металлотермии:
UF4+ 2Mg = 2Mg2+ U
Уран, що утворився, містить у незначних кількостях домішки бор , кадмій і деякі інші елементи, так званих реакторних отрут. Поглинаючи нейтрони, що утворяться при роботі ядерного реактора, вони роблять уран непридатним для використання як ядерне пальне.
Щоб позбутися від домішок, металевий уран розчиняють в азотній кислоті, одержуючи уранилнитрат UO2(NO3)2. Уранилнитрат екстрагують з водного розчину трибутилфосфатом. Продукт очищення з екстракту знову переводять в о?/p>