Ядрена реакция на веригата. Условия за осъществяване на ядрената верижна реакция

Теорията на относителността казва, че масата е специална форма на енергия. От това следва, че е възможно да се превърне масата в енергия и енергия в маса. На вътреатомно ниво такива реакции се случват. По-специално, част от масата на самото ядро ​​може да се превърне в енергия. Това се случва по няколко начина. Първо, ядрото може да се разпадне в редица по-малки ядра, тази реакция се нарича "разпадане". На второ място, по-малките ядра могат лесно да се свържат, за да получат по-голяма, е реакция на синтез. Във вселената такива реакции са много чести. Достатъчно е да се каже, че реакцията на синтеза е източник на енергия за звездите. Но реакцията на разпадане се използва от човечеството ядрени реактори,

Какво се случва в ядрото на един атом

Ядрената реакция на веригата е процес, който се случва, когато елементарните частици или ядрата се сблъскат с други ядра. Защо "верига"? Това е набор от последователни единични ядрени реакции. В резултат на този процес има промяна в квантовото и нуклеоновото състание в първоначалното ядро, дори и при появата на нови частици - реакционни продукти. Ядрената реакция на веригата, чиято физика дава възможност да се изследват механизмите на взаимодействие на ядра с ядра и частици, е основният метод за получаване на нови елементи и изотопи. За да разберем хода на верижната реакция, първо трябва да се занимаваме със сингъла.

Какво ви е необходимо за реакция

За да се приложи такъв метод, като верижна реакция ядрена, е необходимо да се събере частиците (основни и нуклон две ядра) на разстояние радиус на силно взаимодействие (приблизително една Ферми). Ако разстоянията са големи, взаимодействието на заредените частици ще бъде чисто Coulomb. В ядрената реакция се наблюдават всички закони: консервация на енергия, инерция, инерция, барионна заряд. Една ядрена реакция на веригата се обозначава с набор от символи a, b, c, d. Символът a обозначава първоначалното ядро, b инцидентната частица, c новата емитирана частица и d означава полученото ядро.

Енергията на реакцията

Ареалната реакция на веригата може да се осъществи както с абсорбция, така и с освобождаване на енергия, която е равна на разликата между масите на частиците след реакцията и до нея. Погълнатата енергия определя минималната кинетична енергия на сблъсъка, т.нар. Праг на ядрената реакция, в която тя може свободно да тече. Този праг зависи от частиците, които участват в взаимодействието, и от техните характеристики. В началния етап всички частици са в предварително определено квантово състояние.

взаимодействие на

Основният източник на заредени частици, с които е бомбардирано ядрото, е ускорител на заредените частици, който дава греди на протони, тежки йони и леки ядра. Бавни неутрони се получават чрез използването на ядрени реактори. Различни видове ядрени реакции могат да се използват за фиксиране на заредени частици както в синтез, така и в разпад. Вероятността от тях зависи от параметрите на частиците, които се сблъскват. От тази вероятност е свързана такава характеристика, напречното сечение на реакцията - стойността на ефективната площ, която характеризира сърцевината като мишена за частици инциденти и който е мярка на вероятността от частици, влизащи в ядрото и да си взаимодействат. Ако в реакцията участват частици с нулево центрофугиране, тогава напречното сечение директно зависи от тяхната ориентация. Тъй като завъртанията на инцидентните частици са ориентирани не изцяло хаотично, но повече или по-малко подредени, всички кръвни телца ще бъдат поляризирани. Количествената характеристика на ориентираните лъчи завъртания е описана от поляризационния вектор.

Реакционен механизъм

Какво представлява верижната ядрена реакция? Както вече беше споменато, това е поредица от опростени реакции. Характеристиките на инцидентната частица и нейното взаимодействие с ядрото зависят от масата, зареждането, кинетичната енергия. Взаимодействието се определя от степента на свобода на ядрата, която се вълнува от сблъсъка. Получаването на контрол върху всички тези механизми прави възможно осъществяването на такъв процес като ядрена реакция с контролирана верига.

Директни реакции

Ако заредената частица, която удря целево ядро, само я докосне, продължителността на сблъсъка ще бъде същата, каквато е необходима за преодоляване на радиуса на ядрото. Тази ядрена реакция се нарича пряка. Обща характеристика на всички реакции от този тип е възбуждането на малък брой степени на свобода. В този процес, след първия сблъсък, частицата все още има достатъчно енергия, за да преодолее ядрената атракция. Например, такива взаимодействия като нееластично разсейване на неутрони, обмен на заряд и свързани с директни взаимодействия. Приносът на такива процеси към характеристиката, наречен "цялостно напречно сечение", е доста слаб. Разпределението на продуктите от преминаването на директна ядрена реакция обаче дава възможност да се определи вероятността от излъчване от ъгъла на посоката на лъча, квантовите номера, селективността на населените държави и определя тяхната структура.

Предварително равновесни емисии

Ако дадена частица не напусне района на ядреното взаимодействие след първия сблъсък, тя ще участва в цяла каскада от последователни сблъсъци. Това всъщност се нарича ядрена реакция на веригата. В резултат на тази ситуация кинетичната енергия на частицата се разпределя между съставните части на ядрото. Състоянието на ядрото постепенно ще стане по-сложно. По време на този процес, при определен нурон или цял клъстер (група нуклеони), енергията, достатъчна за излъчването на този нуклеон от ядрото, може да бъде концентрирана. По-нататъшното отпускане ще доведе до образуване на статистическо равновесие и образуване на съставено ядро.

Реакции на веригата

Какво представлява верижната ядрена реакция? Това е поредицата от съставните части. Това означава, че множество последователни единични ядрени реакции, причинени от заредени частици, се появяват като реакционни продукти в предишните стъпки. Какво се нарича ядрена верижна реакция? Например, деленето на тежки ядра, когато множество явления на делене се инициират от неутрони, получени в предишни разпадания.

Характеристики на ядрената реакция на веригата

Сред всички химически реакции размножаването на веригата стана много разпространено. Частиците с неизползвани връзки служат като свободни атоми или радикали. При такъв процес като верижна ядрена реакция, механизмът на нейния поток се осигурява от неутрони, които нямат Coulomb бариера и възбуждат ядрото след абсорбция. Ако в средата се появи необходима частица, тогава тя предизвиква верига от последващи трансформации, която ще продължи докато веригата се счупи поради загубата на носещата частица.

Защо превозвачът е изгубен

Има само две причини за загубата на частици на носителя на непрекъсната верига от реакции. Първата е абсорбирането на частиците без вторичния процес на излъчване. Второто е заминаването на частицата извън границата на обема на материята, която поддържа верижния процес.

Два вида процеси

Ако във всеки период от верижната реакция се роди само една частица носител, тогава този процес може да се нарече неразклонен. Тя не може да доведе до освобождаване на енергия в голям мащаб. Ако има много частици на носителя, това се нарича разклонена реакция. Какво представлява верижна ядрена реакция с разклоняване? Една от вторичните частици, получени в предишния акт, ще продължи веригата, започнала по-рано, но други ще създадат нови реакции, които също ще се отклоняват. Процесът, водещ до счупване, ще се конкурира с този процес. Получената ситуация ще генерира специфични критични и ограничаващи явления. Например, ако има повече скали от чисто нови вериги, тогава самостоятелно поддържането на реакцията ще бъде невъзможно. Дори ако я възбудите изкуствено, като въведете правилното количество частици в дадена среда, процесът все ще избледнее с времето (обикновено доста бързо). Ако броят на новите вериги надвишава броя на скалите, тогава верижната ядрена реакция започва да се разпространява в цялото вещество.

Критично състояние

Критичното състояние разделя състоянието на материята с развита самостоятелна верижна реакция и района, където тази реакция изобщо не е възможна. Този параметър се характеризира с равенство между броя на новите вериги и броя на възможните прекъсвания. Подобно на наличието на свободна частица на носителя, критическото състояние е основният елемент на такъв списък като "условията за осъществяване на верижна ядрена реакция". Постигането на това състояние може да се определи от редица възможни фактори. Разграждането на ядрото на един тежък елемент е възбудено само от един неутрон. В резултат на такъв процес като верижна реакция на ядрено делене се появяват повече неутрони. Следователно, този процес може да доведе до разклонена реакция, при която неутронните носители ще действат като носители. В случая, когато скоростта на поглъщане на неутрони без разделяне или отклонения (скорост на загуба) ще бъдат компенсирани частици възпроизвеждащи скорост носители, верижната реакция ще продължи в стационарен режим. Това уравнение характеризира коефициента на умножение. В горния случай той е равен на един. В ядрена енергетика чрез въвеждането отрицателни отзиви между скоростта на освобождаване на енергия и коефициента на умножение, е възможно да се контролира протичането на ядрената реакция. Ако този коефициент е повече от един, реакцията ще се развие експоненциално. Нежеланите верижни реакции се използват в ядрените оръжия.

Атомна реакция на веригата в енергетиката

Реактивността на реактора се определя от голям брой процеси, които се появяват в неговата сърцевина. Всички тези влияния се определят от така наречения коефициент на реактивност. Влияние на температурни промени на графитни пръти, охлаждащи течности или уран реактивност на реактора и интензивността на процеса на филтриране, като например верижна реакция ядрена, характеризиращ се с температурен коефициент (за охлаждаща течност, уран, на графит). Също така има зависими характеристики за мощност, барометрични индикатори, индикатори за пара. За поддържане на ядрена реакция в реактор е необходимо да се превърнат някои елементи в други. За това е необходимо да се вземат предвид условията на потока на верижна реакция ядрено - присъствието на вещество, което е в състояние да се разделят и да се разпредели от разпад на брой елементарни частици, които, в резултат на това ще доведе до останалата част от ядрата на разделяне. Уран-238, уран-235, плутоний-239 често се използват като такова вещество. По време на преминаването на ядрената верижна реакция изотопите на тези елементи ще се разпаднат и ще образуват две или повече други химични вещества. В този процес, се излъчва така наречените "гама" лъчи, интензивно отделяне на енергия, са оформени два или три неутрони способни актове за продължаване на реакцията. Разграничение между бавните неутрони и бързото неутрони, защото, за да се разпадне ядрото на атома, тези частици трябва да летят с определена скорост.