Ядерное топливо. Ядерные реакции
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
8 а.е.м. Массовые числа протона и нейтрона округляются до 1. Следовательно, числа вверху в обозначениях элементов (233,235,238 ит.п.) -массовые числа элементов. Атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы атома углерода; 1 а. е. м. ? 1,660 540 ?10-27 кг. С другой стороны, 1 а. е. м. - это величина, обратная числу Авогадро, то есть 1/Nа. Такой выбор атомной единицы массы удобен тем, что молярная масса данного элемента, выраженная в граммах на моль, в точности совпадает с массой этого элемента, выраженной в а. е. м. Протон имеет заряд +1. Это означает, что заряд протона по величине равен заряду электрона [- 1,6? 10-19 к ( кулон = А?с-ампер, умноженный на секунду), но со знаком плюс (+)].
Протон - это ядро атома нормального водорода 1Н1, т.е. в ядре нормального водорода содержится всего один протон 1Р1. У тяжёлого водорода - дейтерия 2Н1 - в ядре содержится один протон и один нейтрон, а у сверхтяжёлого водорода-трития 3Н1- в ядре содержится один протон и два нейтрона. Следовательно, можно сказать, что цифры внизу определяют заряд ядра, выраженный через заряд протона (это число одновременно является порядковым номером элемента в таблице Менделеева).
Примечание: запись ядер может быть и другой: 92 235U; 92U235. Принципиального значения это не имеет. Иногда в ядерных реакциях число внизу (заряд ядра) опускается, оно постоянно для всех изотопов данного элемента и совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева. Массовое число (верхняя цифра) у разных изотопов одного и того же элемента различно.
Нуклиды 235U, 238U и 232Th - природные вещества, 233U, 239Pu и 24lPu - искусственные. Входящий в состав делящихся материалов 235U - первичное ядерное горючее, это единственный из природных делящихся нуклидов. Его содержание в природном уране 0,7200%. 232Th, 233U, 238U, 239Рu 241Рu -вторичное ядерное горючее.
В реакции деления ядерного горючего выделяется около 180 МэВ ( 1эв - электрон-вольт = 1,6 ? 10-19к ?в = 1,6 ? 10-19дж ) на один акт деления. Рассмотрим механизм цепной реакции деления. При делении тяжелых ядер под действием нейтронов возникают новые нейтроны. Например, при каждом делении ядра урана235 U92 в среднем возникает 2- 4 нейтрона. Часть этих нейтронов снова может вызвать деление ядер. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.
Цепная реакция деления идет в среде, в которой происходит процесс размножения нейтронов. Такая среда называется активной зоной. Важнейшей физической величиной, характеризующей интенсивность размножения нейтронов, является коэффициент размножения нейтронов в среде k, равный разности количества нейтронов образующихся в одном акте деления и количества нейтронов, потерянных за счет поглощения, не приводящего к делению, или за счет ухода за пределы массы делящегося вещества.
Параметр k, таким образом, соответствует количеству актов деления, которое вызывает распад одного ядра. Если параметр k меньше единицы, то реакция деления не имеет цепного характера, так как количество нейтронов, способных вызвать деление оказывается меньшим, чем их начальное количество. При достижении значения k=1 количество нейтронов, вызывающих деление, а значит и актов распада, не меняется от поколения к поколению.
уран ядерный цепной деление нейтрон
Реакция деления приобретает цепной самоподдерживающийся характер. Состояние вещества, в котором реализуется цепная реакция деления с k=1, называется критическим. При k>1 говорят о сверхкритическом состоянии (реакция идёт в виде взрыва). В промышленном масштабах в качестве делящегося вещества в ядерном топливном цикле применяют 235U и 239Рu. Теплотворная способность делящихся материалов почти в 2?106 раз выше, чем у бензина. Критическая масса - это минимальная масса делящегося вещества (ядерного горючего), обеспечивающая протекание самоподдерживающейся ядерной цепной реакции деления. Величина критической массы (Mкр) зависит от вида ядерного горючего и его геометрической конфигурации. Для 235 U при сферической форме Mкр=50 кг, для 239 Pu - 11 кг. При M> Mкр состояние системы надкритично и развитие цепной реакции может привести к ядерному взрыву. При M=Mкр состояние системы критично, это режим работы ядерного реактора.
Литература
1. Теплотехника - Баскаков А.П. 1991г.
. Теплотехника - Крутов В.И. 1986г.
. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция - Тихомиров К.В. 1981г.57.
. Теплотехнические измерения и приборы - Преображенский В.П., 1978г.