Rantai reaksi nuklir - Urutan reaksi nuklir tunggal, yang masing-masing disebabkan oleh partikel yang muncul sebagai produk reaksi pada langkah urutan sebelumnya. Contoh rantai reaksi nuklir Ini adalah reaksi berantai dari membagi inti dari elemen-elemen berat, di mana jumlah utama tindakan divisi diprakarsai oleh neutron yang diperoleh dengan membagi nuklus pada generasi sebelumnya.

YouTube Encyclopedic.

    1 / 3

    Fisika nuklir. Reaksi nuklir. Rantai reaksi fisi nuklir. pabrik nuklir

    Partikel energi komunikasi tenaga nuklir di Divisi Kernel Reaksi Rantai Uranium Nuklei

    Reaksi nuklir

    Subtitle.

Mekanisme Eksekusi Energi

Transformasi zat disertai dengan pelepasan energi bebas hanya jika zat tersebut memiliki margin energi. Yang terakhir berarti bahwa mikropartikel zat tersebut dalam keadaan dengan energi istirahat lebih besar dari yang mungkin terjadi, transisi yang ada. Transisi spontan selalu mencegah penghalang energi, untuk mengatasi mana mikropartikel harus mendapatkan sejumlah energi - energi eksitasi. Reaksi exoenergetik adalah bahwa dalam transformasi eksitasi berikutnya, energi dirilis lebih dari yang diperlukan untuk menggairahkan proses. Ada dua cara untuk mengatasi penghalang energi: baik karena energi kinetik partikel bertabrakan, atau karena energi koneksi partikel bergabung.

Jika Anda mengingat perluasan makroskopis dari pelepasan energi, maka energi kinetik yang dibutuhkan untuk menggairahkan reaksi harus memiliki semua atau setidaknya sebagian fraksi partikel zat. Ini dapat dicapai hanya dengan peningkatan suhu medium hingga besarnya, di mana energi gerakan panas mendekati nilai ambang energi yang membatasi arah proses. Dalam kasus transformasi molekuler, ada reaksi kimia, kenaikan seperti itu biasanya ratusan Celvin, dalam kasus reaksi nuklir - ini setidaknya 10 7 hingga ketinggian hambatan coulomb yang sangat tinggi terhadap inti yang ditemui. Eksitasi termal dari reaksi nuklir dilakukan hanya dalam praktik dalam sintesis nuklus termudah, di mana hambatan Coulomb minimal (sintesis termonuklir).

Eksitasi partikel penghubung tidak memerlukan energi kinetik besar, dan, oleh karena itu, tidak tergantung pada suhu medium, karena terjadi karena koneksi yang tidak digunakan yang melekat pada partikel daya tarik. Tetapi membutuhkan partikel itu sendiri untuk membangkitkan reaksi. Dan jika mereka lagi ingat bukan tindakan reaksi yang terpisah, tetapi untuk mendapatkan energi dalam skala makroskopis, maka ini hanya mungkin terjadi ketika reaksi berantai terjadi. Yang terakhir terjadi ketika reaksi menarik partikel muncul lagi sebagai produk reaksi energi ekso.

Reaksi berantai

Reaksi berantai tersebar luas di antara reaksi kimiadi mana atom atau radikal gratis dilakukan oleh peran partikel dengan ikatan yang tidak digunakan. Mekanisme reaksi berantai dalam transformasi nuklir dapat memberikan neutron yang tidak memiliki penghalang coulomb dan kernel yang mengasyikkan saat menyerap. Penampilan partikel yang diperlukan dalam medium menyebabkan rantai yang berikut, satu dengan reaksi lain, yang berlanjut hingga rantai pecah karena hilangnya partikel pembawa reaksi. Penyebab utama kerugian adalah dua: penyerapan partikel tanpa memancarkan sekunder dan perawatan partikel di luar volume zat yang mendukung proses rantai. Jika hanya satu partikel pembawa yang muncul dalam setiap tindakan reaksi, maka reaksi berantai disebut non-kekerasan. Reaksi berantai yang luar biasa tidak dapat menyebabkan pelepasan energi dalam skala besar.

Jika lebih dari satu partikel muncul di setiap tindakan reaksi atau dalam beberapa tautan rantai, reaksi berantai bercabang terjadi, karena salah satu partikel sekunder melanjutkan rantai yang diluncurkan, dan yang lain memberikan rantai baru yang bercabang lagi. Benar, dengan proses bercabang, proses yang mengarah pada rantai rincian bersaing, dan situasi yang muncul menghasilkan batas atau reaksi rantai spesifik fenomena kritis. Jika jumlah istirahat sirkuit lebih besar dari jumlah rantai baru muncul, maka reaksi berantai mandiri (SCR) ternyata tidak mungkin. Bahkan jika itu bersemangat secara artifisial, dengan memasuki pada hari Rabu beberapa partikel yang diperlukan, karena jumlah rantai dalam hal ini hanya dapat berkurang, proses mulai memudar dengan cepat. Jika jumlah rantai baru yang dihasilkan melebihi jumlah tebing, reaksi berantai dengan cepat menyebar melalui seluruh volume zat ketika setidaknya satu partikel awal muncul.

Wilayah zat dengan perkembangan rantai reaksi mandiri dipisahkan dari wilayah tersebut, di mana reaksi berantai umumnya tidak mungkin, negara kritis. Kondisi kritis ditandai dengan kesetaraan antara jumlah rantai baru dan jumlah tebing.

Pencapaian keadaan kritis ditentukan oleh sejumlah faktor. Divisi dari nukleus berat itu bersemangat oleh satu neutron, dan sebagai hasil dari Undang-Undang Divisi, lebih dari satu neutron muncul (misalnya, untuk 235 u jumlah neutron yang lahir dalam satu tindakan divisi, rata-rata sama dengan 2 ke 3). Akibatnya, proses divisi dapat menghasilkan reaksi berantai bercabang, operator yang akan menyajikan neutron. Jika kecepatan kehilangan neutron (kejang tanpa divisi, keberangkatan dari volume reaksi, dll.) Mengkompensasi tingkat reproduksi neutron sedemikian rupa sehingga koefisien efektif reproduksi neutron persis sama dengan satu, maka reaksi berantai berada di mode stasioner. Pengenalan umpan balik negatif antara koefisien reproduksi efektif dan laju pelepasan energi memungkinkan reaksi rantai yang dikendalikan yang digunakan, misalnya, dalam tenaga nuklir. Jika koefisien reproduksi lebih besar dari unit, reaksi berantai berkembang secara eksponensial; Reaksi divisi rantai yang tidak terkendali digunakan di

Skema Perangkat Bom Nuklir

Rantai Fisi Rantai

Neutron sekunder (2,5 buah per tindakan divisi) yang dipancarkan dalam pembagian nuklus dapat menyebabkan tindakan divisi baru, yang memungkinkan untuk melakukan reaksi berantai. Reaksi rantai penurunan ditandai dengan koefisien reproduksi neutron K, yang sama dengan rasio jumlah neutron pada generasi ini ke jumlah mereka pada generasi sebelumnya. Prasyarat Perkembangan reaksi berantai divisi ini adalah. Pada reaksi yang lebih rendah tidak mungkin. Ketika reaksi dilengkapi dengan jumlah neutron konstan (kekuatan konstan energi energi). Ini adalah reaksi mandiri. Kapan - reaksi memudar. Koefisien reproduksi tergantung pada sifat zat pemisah, ukuran dan bentuk zona aktif. Massa minimum zat yang ditimbulkan yang diperlukan untuk implementasi reaksi berantai disebut penting. Untuk massa kritis sama dengan 9 kg, sedangkan jari-jari bola uranium adalah 4 cm.

Reaksi berantai dikelola dan tidak terkendali. Ledakan bom atom adalah contoh dari reaksi yang tidak dikelola. Biaya nuklir dari bom seperti itu dua atau lebih potongan hampir bersih atau. Massa masing-masing bagian kurang penting, sehingga reaksi berantai tidak terjadi. Oleh karena itu, untuk memiliki ledakan, itu cukup untuk terhubung ke satu potong, dengan massa lebih dari kritis. Itu harus dilakukan dengan sangat cepat dan koneksi potongan harus sangat padat. Kalau tidak, pengisian nuklir dibagi menjadi beberapa bagian sebelum menjadi bereaksi. Koneksi menggunakan eksplosif konvensional. Shell berfungsi sebagai reflektor neutron dan, selain itu, menjaga muatan nuklir dari penyemprotan sampai jumlah nukle yang maksimal mengalokasikan semua energi selama divisi. Reaksi berantai dalam bom atom berjalan pada neutron cepat. Ketika ledakan, hanya bagian dari neutron pengisian nuklir yang telah bereaksi. Reaksi berantai mengarah pada pelepasan energi kolosal. Suhu berkembang pada saat yang sama mencapai derajat. Kekuatan destruktif bom Amerika menjatuhkan Hiroshima setara dengan ledakan 20.000 ton Trinitrotoloo. Sampel senjata baru dalam kapasitas adalah ratusan kali unggul. Jika ini ditambahkan ke dalam hal ini yang di bawah ledakan atom ada sejumlah besar fragmen divisi, termasuk sangat berumur panjang, akan menjadi jelas bahaya mengerikan bagi manusia ini adalah senjata ini.

Mengubah koefisien reproduksi neutron dapat dilakukan reaksi berantai yang dikendalikan. Perangkat di mana reaksi yang dikendalikan dilakukan disebut reaktor nuklir. Sebagai zat pemisah, uranium alami atau diperkaya disajikan. Untuk mencegah penangkapan neutron radiasi uranium nuklei, blok yang relatif kecil dari zat pemisah ditempatkan pada jarak satu sama lain, dan celah diisi dengan zat yang memperlambat neutron (retarder). Perlambatan neutron dilakukan karena hamburan elastis. Dalam hal ini, energi yang hilang oleh partikel lambat tergantung pada rasio massa partikel bertabrakan. Jumlah maksimum energi hilang jika partikel memiliki massa yang sama. Kondisi ini puas dengan deuterium, grafit dan berilium. Reaktor uranium-grafit pertama diluncurkan pada tahun 1942 di Universitas Chicago di bawah kepemimpinan fisika Fermi Italia yang luar biasa. Untuk menjelaskan prinsip operasi reaktor, pertimbangkan skema khas reaktor pada neutron termal Gambar.1.




Gbr.1.

Di zona aktif reaktor ada elemen bahan bakar 1 dan moderator 2, yang memperlambat neutron ke kecepatan panas. Elemen bahan bakar (bahan bakar) adalah blok bahan pembagi yang tertutup pada cangkang hermetis, neutron yang menyerap lemah. Karena energi yang mengalokasikan dalam divisi nuklei, bahan bakar dipanaskan, dan oleh karena itu, mereka ditempatkan di aliran pendingin (3-5 - saluran pendingin). Zona aktif dikelilingi oleh reflektor yang mengurangi kebocoran neutron. Kontrol reaksi berantai dilakukan oleh batang kontrol khusus dari bahan yang menyerap neutron. Parameter reaktor dihitung sehingga dengan batang yang dimasukkan sepenuhnya, reaksi tidak tahu. Dengan penghapusan tegang batang, koefisien reproduksi neutron tumbuh dan pada beberapa posisi itu datang ke satu. Pada titik ini, reaktor mulai bekerja. Ketika reaktor berfungsi, jumlah bahan pemisah material dalam zona aktif menurun dan polusinya oleh fragmen divisi terjadi, di antaranya mungkin ada peredam neutron yang kuat. Agar reaksi tidak berhenti, batang kontrol secara bertahap diambil dari zona aktif menggunakan perangkat otomatis. Manajemen reaksi semacam itu dimungkinkan karena keberadaan neutron tertunda yang dipancarkan dengan membagi nuklus dengan penundaan hingga 1 menit. Ketika bahan bakar nuklir terbakar, reaksi berhenti. Sebelum startup baru reaktor, bahan bakar nuklir yang terbakar diambil dan dimuat baru. Ada juga batang darurat di reaktor, pengenalan yang segera merusak reaksi. Reaktor nuklir adalah sumber radiasi penetrasi yang kuat, kira-kira pada saat yang lebih besar dari standar sanitasi. Oleh karena itu, reaktor apa pun memiliki perlindungan biologis - sistem layar dari bahan pelindung (misalnya, beton, timbal, air) - terletak di belakang reflektor, dan remote control.

Untuk pertama kalinya, energi nuklir untuk keperluan damai digunakan di Uni Soviet. Di Obninsk pada tahun 1954, di bawah kepemimpinan Kurchatov, pembangkit listrik atom pertama dengan kapasitas 5 MW ditugaskan.

Namun, reaktor neutron uranium termal dapat memecahkan masalah catu daya pada skala terbatas, yang ditentukan oleh jumlah uranium.

Yang paling menjanjikan oleh pengembangan energi atom adalah pengembangan reaktor pada neutron cepat, yang disebut reaktor motor. Reaktor semacam itu menghasilkan lebih banyak bahan bakar nuklir daripada mengkonsumsi. Reaksi berlangsung pada neutron cepat, jadi tidak hanya tetapi juga, yang berubah menjadi dapat berpartisipasi di dalamnya. Cara kimia terakhir dapat dipisahkan. Proses ini disebut reproduksi bahan bakar nuklir. Dalam reaktor browsts khusus, koefisien reproduksi bahan bakar nuklir melebihi satu. Zona aktif Braders adalah paduan uranium yang diperkaya dengan isotop, dengan logam berat, neutron sedikit menyerap. Dalam reaktor persaudaraan tidak ada moderator. Mengelola reaktor tersebut dengan memindahkan reflektor atau perubahan pada massa zat pemisah.

Teori relativitas mengatakan bahwa massa itu bentuk Khusus Energi. Ini mengikuti dari ini bahwa dimungkinkan untuk mengubah massa menjadi energi dan energi ke dalam massa. Pada tingkat intraat, reaksi seperti itu terjadi. Secara khusus, sejumlah besar massa itu sendiri dapat sepenuhnya berubah menjadi energi. Ini terjadi dalam beberapa cara. Pertama, kernel dapat memecah sejumlah nukleus yang lebih kecil, reaksi ini disebut "pembusukan". Kedua, kernel yang lebih kecil dapat dengan mudah terhubung sehingga lebih besar, ini adalah reaksi sintesis. Di alam semesta, reaksi seperti itu sangat umum. Cukuplah untuk mengatakan bahwa reaksi sintesis adalah sumber energi untuk bintang. Tetapi reaksi pembusukan digunakan oleh umat manusia karena orang belajar cara mengendalikan proses kompleks ini. Tapi apa reaksi nuklir rantai? Bagaimana cara mengelolanya?

Apa yang terjadi di nukleus atom

Rantai nuklir reaksi - suatu proses yang datang dalam tabrakan partikel dasar Atau nuklei dengan nuklei lain. Mengapa "rantai"? Ini adalah kombinasi dari reaksi nuklir tunggal berturut-turut. Sebagai hasil dari proses ini, perubahan dalam keadaan kuantum dan komposisi nukleon pada sumber kernel terjadi, bahkan partikel baru muncul - produk reaksi. Rantai reaksi nuklir, yang fisikanya memungkinkan untuk mengeksplorasi mekanisme untuk interaksi nuklei dengan nuklei dan dengan partikel, adalah metode utama untuk mendapatkan elemen dan isotop baru. Untuk memahami aliran reaksi berantai, perlu untuk mengetahui satu tunggal terlebih dahulu.

Apa yang Anda butuhkan untuk reaksi

Untuk melaksanakan proses seperti itu sebagai reaksi nuklir rantai, perlu untuk menyatukan partikel (inti dan nukleon, dua core) dengan jarak jari-jari interaksi yang kuat (sekitar satu fermi). Jika jaraknya besar, maka interaksi partikel bermuatan akan murni Coulomb. Semua undang-undang tersebut dipenuhi dengan reaksi nuklir: menjaga energi, momen, pulsa, biaya baryon. Reaksi nuklir rantai dilambangkan dengan seperangkat simbol A, B, C, D. Simbol A menunjukkan kernel sumber, B adalah partikel yang meningkat, C - partikel ukiran baru, dan D menunjukkan kernel yang dihasilkan.

Reaksi energi

Reaksi nuklir rantai dapat melewati keduanya dengan penyerapan dan dengan pelepasan energi, yang sama dengan perbedaan massa partikel setelah reaksi terhadapnya. Energi yang diserap menentukan energi kinetik minimum tabrakan, yang disebut ambang reaksi nuklir di mana ia dapat mengalir bebas. Ambang ambang ini tergantung pada partikel yang berpartisipasi dalam interaksi, dan pada karakteristiknya. Pada tahap awal, semua partikel berada dalam keadaan kuantum yang telah ditentukan.

Implementasi Reaksi

Sumber utama partikel bermuatan yang membombardir inti adalah yang memberikan bundel proton, ion berat dan nukleus ringan. Neutron lambat diperoleh berkat penggunaannya reaktor nuklir. Untuk memperbaiki partikel bermuatan flush, berbagai jenis reaksi nuklir dapat digunakan - baik sintesis dan pembusukan. Probabilitas mereka tergantung pada parameter partikel yang dihadapi. Dengan probabilitas ini, karakteristik ini dikaitkan sebagai penampang reaksi - nilai area yang efektif, yang menjadi ciri kernel sebagai target partikel bergetar dan yang merupakan ukuran probabilitas partikel dan kernel menjadi interaksi. Jika partai dengan nilai spin non-nol mengambil bagian dalam reaksi, penampang langsung tergantung pada orientasi mereka. Karena punggung partikel bergetar tidak fokus cukup kacau, tetapi kurang lebih teratur, maka semua selatan akan terpolarisasi. Karakteristik kuantitatif dari spin balok berorientasi dijelaskan oleh vektor polarisasi.

Mekanisme reaksi

Apa itu reaksi nuklir rantai? Seperti yang telah disebutkan, ini adalah urutan reaksi yang lebih sederhana. Karakteristik partikel flushing dan interaksinya dengan inti tergantung pada massa, biaya, energi kinetik. Interaksi ditentukan oleh tingkat kebebasan nukle, yang bersemangat dalam tabrakan. Memperoleh kontrol atas semua mekanisme ini memungkinkan proses seperti itu sebagai rantai reaksi nuklir yang dikendalikan.

Reaksi langsung

Jika partikel bermuatan, yang terbang pada inti target, hanya menyangkutnya, maka durasi tabrakan akan sama dengan kebutuhan untuk mengatasi jarak radius kernel. Reaksi nuklir seperti itu disebut lurus. Karakteristik keseluruhan Untuk semua reaksi dari jenis ini, eksitasi sejumlah kecil derajat kebebasan adalah eksitasi. Dalam proses seperti itu, setelah tabrakan pertama, partikel bahkan memiliki energi yang cukup untuk mengatasi daya tarik nuklir. Misalnya, interaksi seperti dispersi neutron inelastis, pertukaran biaya, dan berhubungan dengan langsung. Kontribusi proses semacam itu dalam karakteristik yang disebut "Cross section" cukup sedikit. Namun, distribusi produk yang melewati reaksi nuklir langsung memungkinkan untuk menentukan probabilitas keberangkatan dari sudut arah sinar, selektivitas populasi mereka dan menentukan struktur mereka.

Emisi bulanan.

Jika partikel tidak meninggalkan area interaksi nuklir setelah tabrakan pertama, itu akan terlibat dalam keseluruhan kaskade tabrakan berturut-turut. Ini sebenarnya hanya apa yang disebut reaksi rantai nuklir. Sebagai hasil dari situasi seperti itu energi kinetik Partikel didistribusikan di antara komponen bagian kernel. Keadaan kernel akan secara bertahap lebih rumit. Selama proses ini pada beberapa nukleon atau seluruh cluster (kelompok nukleon), energi yang cukup untuk emisi nukleon ini dari kernel dapat terkonsentrasi. Relaksasi lebih lanjut akan menyebabkan formasi keseimbangan statistik dan pembentukan inti komposit.

Reaksi berantai

Apa itu reaksi nuklir rantai? Urutan ini komponen komponen. Artinya, beberapa reaksi nuklir tunggal berturut-turut yang disebabkan oleh partikel bermuatan muncul sebagai produk reaksi pada langkah sebelumnya. Apa yang disebut rantai reaksi nuklir? Misalnya, membagi nukleus berat, ketika beberapa tindakan divisi diprakarsai oleh neutron yang diperoleh pada peluruhan sebelumnya.

Fitur reaksi nuklir rantai

Di antara semua reaksi kimia, rantai menerima distribusi besar. Partikel dengan ikatan yang tidak digunakan melakukan peran atom atau radikal bebas. Dengan proses seperti itu, sebagai rantai reaksi nuklir, mekanisme alirannya memberikan neutron yang tidak memiliki penghalang Coulomb dan menggairahkan kernel saat menyerap. Jika partikel esensial muncul dalam media, itu menyebabkan rantai transformasi berikutnya yang akan berlanjut sampai rantai pecah karena hilangnya partikel pembawa.

Mengapa operator hilang

Hanya ada dua penyebab hilangnya partikel pembawa rantai reaksi yang berkelanjutan. Yang pertama adalah menyerap partikel tanpa proses emisi. Partikel perawatan kedua di luar volume zat yang mendukung proses rantai.

Dua jenis proses

Jika pada setiap periode reaksi berantai lahir secara eksklusif partikel pembawa tunggal, maka proses ini dapat disebut tidak bercabang. Itu tidak dapat mengarah pada pandangan energi dalam skala besar. Jika banyak partikel pembawa muncul, ini disebut reaksi luas. Apa reaksi rantai nuklir dengan bercabang? Salah satu partikel sekunder yang diperoleh dalam tindakan sebelumnya akan melanjutkan rantai sebelumnya, dan yang lain akan menciptakan reaksi baru yang juga akan bercabang. Dengan proses ini akan bersaing proses pemrosesan. Situasi yang dihasilkan akan menghasilkan fenomena kritis dan batas spesifik. Misalnya, jika tebing lebih dari murni rantai baru, maka mandiri reaksi tidak akan mustahil. Bahkan jika senang secara artifisial, masuk ke hari Rabu ini jumlah partikel yang diinginkan, prosesnya masih akan memudar seiring waktu (biasanya cukup cepat). Jika jumlah rantai baru akan melebihi jumlah tebing, reaksi nuklir rantai akan mulai menyebar ke seluruh zat.

Situasi kritis

Negara kritis dipisahkan oleh wilayah negara suatu zat dengan reaksi berantai mandiri yang dikembangkan, dan daerah di mana reaksi ini tidak mungkin sama sekali. Parameter ini ditandai dengan kesetaraan antara jumlah rantai baru dan jumlah tebing yang mungkin. Serta keberadaan partikel pembawa gratis, keadaan kritis adalah titik utama dalam daftar seperti "kondisi untuk implementasi reaksi nuklir rantai". Pencapaian negara ini dapat ditentukan oleh keseluruhan faktor yang mungkin. Elemen berat sangat bersemangat dengan hanya satu neutron. Sebagai hasil dari suatu proses, sebagai rantai reaksi fisi nuklir, lebih banyak neutron muncul. Oleh karena itu, proses ini dapat menghasilkan reaksi yang luas, di mana operator akan melakukan neutron. Dalam kasus ketika kecepatan menangkap neutron tanpa divisi atau keberangkatan (kecepatan kerugian) akan dikompensasi oleh laju reproduksi partikel pembawa, maka reaksi berantai akan mengalir dalam mode stasioner. Kesetaraan ini mencirikan koefisien reproduksi. Dalam kasus di atas, sama dengan satu. Dalam karena pengenalan antara laju pelepasan energi dan koefisien reproduksi, dimungkinkan untuk mengendalikan jalan reaksi nuklir. Jika koefisien ini lebih besar dari unit, reaksi akan berevolusi pada peserta pameran. Reaksi berantai yang tidak dikelola digunakan dalam senjata nuklir.

Rantai reaksi nuklir dalam rekayasa listrik

Reaktivitas reaktor ditentukan oleh sejumlah besar proses yang terjadi di zona aktifnya. Semua pengaruh ini ditentukan oleh koefisien reaktivitas yang disebut. Efek perubahan suhu batang grafit, pendingin atau uranium pada reaktivitas reaktor dan intensitas aliran proses semacam itu, sebagai reaksi nuklir rantai, ditandai dengan koefisien suhu (oleh pembawa panas, menurut Uranium, menurut Graphite). Ada juga karakteristik dependen untuk daya, menurut indikator barometrik, indikator uap. Untuk mempertahankan reaksi nuklir dalam reaktor, perlu untuk mengubah beberapa elemen kepada orang lain. Untuk melakukan ini, perlu untuk memperhitungkan kondisi untuk aliran reaksi nuklir rantai - adanya zat yang dapat dibagi dan dipisahkan oleh pembusukan sejumlah partikel dasar, yang, sebagai hasilnya, akan menyebabkan pembagian dari sisa nuklei. Seperti zat seperti itu, Uranium-238, Uranium-235, Plutonium-239 sering digunakan. Selama berlalunya rantai reaksi nuklir isotop, elemen-elemen ini akan membusuk dan membentuk dua atau lebih zat Kimia. Dalam proses ini, yang disebut "gamma" -Luchi dipancarkan, pelepasan energi intensif terjadi, dua atau tiga neutron terbentuk, mampu melakukan tindakan reaksi yang berkelanjutan. Ada neutron yang lambat dan cepat, karena agar inti atom rusak, partikel-partikel ini harus terbang dengan kecepatan tertentu.

Neutron sekunder dipancarkan ketika membagi nuklei dapat menyebabkan aksi fisi baru, yang memungkinkan untuk berolahraga reaksi fisi rantai -reaksi nuklir di mana partikel-partikel menyebabkan reaksi terbentuk sebagai produk dari reaksi ini. Respons fisi rantai ditandai dengan koefisien pengembangbiakank.neutron, yang sama dengan rasio jumlah neutron pada generasi ini ke jumlah mereka pada generasi sebelumnya. Prasyaratuntuk pengembangan reaksi fisi rantai adalah permintaank.1.

Ternyata tidak semua yang terbentuk neutron sekunder menyebabkan pembagian nukleus berikutnya, yang mengarah pada penurunan koefisien reproduksi. Pertama, karena ukuran terakhir zona aktif.(Ruang di mana reaksi berantai terjadi) dan kemampuan penetrasi besar neutron, beberapa di antaranya akan meninggalkan zona aktif lebih awal daripada yang akan ditangkap oleh inti apa pun. Kedua, bagian dari neutron ditangkap oleh nukleus dari kotoran yang mendasarinya, selalu hadir di zona aktif. Selain itu, bersama dengan divisi, penangkapan radiasi yang bersaing dan proses hamburan inelastik dapat terjadi.

Koefisien reproduksi tergantung pada sifat zat pemisah, dan untuk isotop ini - dari kuantitasnya, serta ukuran dan bentuk zona aktif. Dimensi minimum zona aktif di mana reaksi berantai dimungkinkan, disebut ukuran kritis.Massa minimum zat yang ditimbulkan terletak di sistem ukuran kritis yang diperlukan untuk implementasi reaksi berantaidipanggil massa kritis.

Tingkat perkembangan reaksi berantai berbeda. Biarkan menjadi T.- Seumur hidup rata-rata satu generasi, dan N -jumlah neutron pada generasi ini. Generasi berikutnya jumlah mereka sama kn,i.E. Peningkatan jumlah neutron untuk satu generasi dn \u003d kn-n \u003d n(k-1). Peningkatan jumlah neutron per unit waktu, kecepatan I.E.

reaksi berantai meningkat

dN / DT \u003d N (K-1) / T (266.1)

Mengintegrasikan (266.1), kami dapatkan

N \u003d n. 0 e. (K-1) T / T ,

dimana Tidak.- Jumlah neutron pada saat awal waktu, dan N.dan jumlahnya pada saat waktu t. N.ditentukan oleh tanda (K-1). Untuk k\u003e1 hilang berkembang reaksi,jumlah divisi terus tumbuh dan reaksi dapat menjadi bahan peledak. Untuk k \u003d.1 akan datang reaksi mandiri,di mana jumlah neutron dari waktu ke waktu tidak berubah. Di K.<1 идет reaksi berbunga.

Reaksi berantai dibagi menjadi dikontrol dan tidak terkendali.Ledakan bom atom, misalnya, adalah reaksi yang tidak dikelola. Sehingga bom atom selama penyimpanan tidak meledak, itu adalah 235 92 u (atau 2 39 94 PU), dibagi menjadi dua bagian yang dihilangkan satu sama lain dengan massa di bawah kritis. Kemudian, dengan bantuan ledakan konvensional, massa-massa ini disatukan, total massa zat fisil menjadi lebih kritis dan reaksi rantai eksplosif terjadi, disertai dengan pelepasan instan sejumlah besar energi dan kehancuran besar. Reaksi ledakan dimulai dengan mengorbankan divisi spontan yang ada atau neutron radiasi kosmik. Reaksi rantai yang dikendalikan dilakukan dalam reaktor nuklir (lihat §267).

Di alam ada tiga isotop, yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar nuklir (235 92 u: dalam uranium alami mengandung sekitar 0,7%) atau bahan baku untuk persiapannya (232 90 92 U : dalam uranium alami mengandung sekitar 99,3%). 232 90 melayani sebagai produk awal untuk mendapatkan bahan bakar nuklir buatan 233 92 u (lihat reaksi (265.2)), 238 92 u, menyerap neutron, dengan menggunakan dua berturut-turut  - -enspad - untuk transformasi menjadi kernel 2 39 94 Pu:

Reaksi (266.2) dan (265.2), dengan demikian, membuka kemungkinan nyata reproduksi bahan bakar nuklir dalam proses reaksi rantai divisi.

Rantai reaksi nuklir- Reaksi mandiri dari divisi inti berat, di mana neutron terus direproduksi, yang membagi semua nuklei baru dan baru. Sano-235 di bawah aksi neutron dibagi menjadi dua fragmentasi radioaktif dengan massa yang tidak merata, terbang dengan kecepatan tinggi dalam arah yang berbeda, dan dua atau tiga neutron. Reaksi berantai terkontrol Mereka dilakukan dalam reaktor nuklir atau boiler atom. Saat ini Reaksi berantai terkontrol Mereka dilakukan pada isotop uranium-235, uranium-233 (secara artifisial diperoleh dari ke-RIA-232), Plutonium-239 (diperoleh secara artifisial dari Rana-238), serta Plutonium-241. Tugas yang sangat penting adalah alokasi isotop-uranium-235 dari uranium alami. Dari langkah pertama dari pengembangan teknologi atom, penggunaan uranium-235 sangat penting, produksi yang dalam bentuk murni, bagaimanapun, secara teknis sulit, karena Uranus-238 dan Uranium-235 secara kimia tidak dapat dipisahkan.

50.Sore reaktor. Prospek untuk penggunaan energi termonuklir.

Reaktor nuklir - Ini adalah perangkat di mana reaksi nuklir rantai terkontrol dilakukan, disertai dengan emisi energi. Reaktor nuklir pertama dibangun dan diluncurkan pada bulan Desember 1942 di Amerika Serikat di bawah kepemimpinan E. Fermi. Reaktor pertama yang dibangun di luar Amerika Serikat menjadi Zeep, diluncurkan di Kanada pada 25 Desember 1946. Di Eropa, reaktor nuklir pertama adalah instalasi F-1, yang diperoleh pada 25 Desember 1946 di Moskow di bawah kepemimpinan I. V. Kurchatov. Pada tahun 1978, sekitar ratusan reaktor nuklir berbagai jenis bekerja di dunia. Komponen reaktor nuklir adalah: zona aktif dengan bahan bakar nuklir, biasanya dikelilingi oleh reflektor neutron, cairan pendingin, sistem kontrol reaksi berantai, perlindungan radiasi, sistem remote control. Casing dari reaktor dapat dipakai (terutama di bawah aksi radiasi pengion). Karakteristik utama dari reaktor nuklir adalah kekuatannya. Kekuatan 1 MW sesuai dengan reaksi berantai di mana 3 · 10 16 dari divisi bertindak dalam 1 detik terjadi. Studi fisika plasma suhu tinggi terutama disebabkan oleh prospek menciptakan reaktor termonuklir. Parameter terdekat dengan reaktor adalah pengaturan tipe Tokamak. Pada tahun 1968, suhu plasma dicapai pada instalasi suhu plasma T-3 dari sepuluh juta derajat, itu pada pengembangan daerah ini selama beberapa dekade terakhir bahwa upaya para ilmuwan dari banyak negara telah terkonsentrasi. Demonstrasi pertama Reaksi termonuklir mandiri harus dilakukan pada upaya berbagai negara di berbagai negara ke Tokamak ITER. Penggunaan penuh reaktor termonuklir di sektor energi diasumsikan pada paruh kedua abad ke-21. Termasuk Tokamakov Ada jenis perangkap magnetik lainnya untuk menahan plasma suhu tinggi, misalnya, yang disebut jebakan terbuka. Berdasarkan sejumlah fitur, mereka dapat memegang plasma tekanan besar dan karenanya memiliki prospek yang baik sebagai sumber kuat neutron termonuklir, dan di masa depan - sebagai reaktor termonuklir.

Keberhasilan yang dicapai dalam beberapa tahun terakhir di Institut Fisika Nuklir SB RAS dalam studi jebakan terbuka aksisimmetrik modern menunjukkan prospek pendekatan ini. Studi-studi ini berlanjut dan bersamaan dalam IMAF, proyek proyek instalasi generasi berikutnya sedang dikembangkan, di mana parameter plasma dekat dengan reaktor sudah dapat ditunjukkan.