15 Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления.

Под цепной реакцией деления понимают деления тяжелых ядер, при воздействии на них нейтронами.

Ядро урана 235:

Если оказать воздействие нейтроном то:

n U-235 U-236 X E

n2 n1 Y

Ядро урана 236 не стабильно и распадается - вылетают 2-3 нейтрона выделяется энергия Е. Первый акт реализации, первое поколение. Имеет место цепная реакция.

Если взять 2г Урана то образуется 2⁷² при этом время t = 10^-7-10^-8 с

При одном поколении выделяется E = 200MэВ.

Процесс цепной реакции деления характеризуют коэффициентом размножения нейтронов. Под этим коэффициентом понимают – отношение числа нейтронов в рассматриваемом поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.

К = 1- критическое состояние – нормальный режим ядерного реактора.

K < 1- подкритическое состояние. В состоянии запуска или остановки.

К > 1 – надкритическим состоянием – ядерные боеприпасы

В процессе реакции образовавшиеся нейтроны:

1. Тепловые нейтроны.

2. Промежуточные нейтроны (резонансные).

3. Быстрые нейтроны.

1 и 3 – работа атомных реакторов.

Промежуточные – захватываются ядрами урана 238 - образуется плутоний 239 (искусственное ядерное топливо).

Критерий деления нейтронов – кинетическая энергия.

1. От 10^-3 до 0,5 эВ

2. От 0,5 до 10⁴ эВ

3. От 10⁴ до 10⁸ эВ

Условия протекания цепной реакции деления

1. Уран 238 (как основное топливо) должен быть очищен от примеси, с целью уменьшения захвата нейтронов (резонансных) ядрами урана.

2. Если реакция планируется на быстрых нейтронов, то происходит обогащение урана 238 ураном 235.

3. Если реакция планируется на тепловых нейтронах то:

А) увеличивают процент обогащения урана (более 20%).

Б) применяют замедлители – предназначен для преобразования быстрых нейтронов в тепловые. За счет отбора кинетической энергии. В качестве замедлителя выбирают вещества имеющие малую плотность. Применяют углерод в виде графита. Для уменьшения захвата нейтронов применяют чередование ядерного топлива с замедлителем. Системы называют системы гетерогенного типа, В системах где отсутствует такое чередование – системы гомогенного типа.

4. Для протекания реакции необходимо иметь критическую массу. Под критической массой ядерного топлива понимают минимальное количество ядерного топлива при котором начинается цепная реакция деления. Критическая масса зависит:

• Геометрия системы - сферическая структура

• Структуры ядерного топлива

• Материал из которого изготовлен отражатель нейтронов – бериллий самый лучший

Для начала реакции нужно 47 кг урана235.

Но если выполнить все правило то необходимо 242 грамма.

Атомные реакторы могут работать:

1. Используя слабо обогащенный уран с любым замедлителем на тепловых нейтронах

2. На сильно обогащенном уране или искусственном ядерном топливе без замедлителя