asyan.org
добавить свой файл
1
http://dok.znaimo.com.ua/docs/index-20490.html

Ядерні реакції – штучні перетворення атомних ядер, викликані їх взаємодією з частинками або одне з одним.

Під час ядерних реакцій виконуються закони збереження:

  • Закон збереження електричного заряду: сумарний електричний заряд ядер і частинок до реакції дорівнює сумарному електричному заряду всіх продуктів ядерної реакції ();

  • Закон збереження кількості нуклонів (у реакціях без античастинок): сумарна кількість усіх нуклонів під час ядерної реакції не змінюється ();

  • Закон збереження і перетворення енергії: повна енергія всіх частинок, які вступають у реакцію дорівнює повній енергії всіх частинок після реакції ();

  • Закон збереження імпульсу: геометрична сума імпульсів ядер і частинок до реакції дорівнює геометричній сумі імпульсів усіх частинок, що виникли після реакції ();

  • Закон збереження маси: маса частинок, які вступили в реакцію дорівнює сумі масі одержаних частинок речовини і фотонів випромінювання (.

Типи ядерних реакцій:

  1. Збуджене в результаті бомбардування ядро повертається в нормальний стан і при цьому випускає один або кілька гамма-квантів. Ядро даного хімічного елемента не перетворюється в ядро іншого.

  2. Реакція захоплення :

 + 

  1. Поглинання ядром бомбардуючої частинки і випускання ядром однієї або кількох частинок( протонів, дейтронів, альфа-частинок, нейтронів):

++

++

 +  +6

  1. Розщеплення ядра на кілька частинок (реакція відбувається в два етапи):

 + +



 + 

^ Енергетичний вихід ядерних реакцій.

Енергетичним виходом ядерної реакції називається різниця енергії спокою частинок до реакції та після реакції.

Енергетичний вихід ядерних реакцій можна визначити двома способами:

  1. за дефектом мас ядерної реакції;

  2. за різницею сумарної енергії зв’язку ядер, що утворюються, й вихідних ядер.

Енергія ядерної реакції:

,

де - сума мас частинок, які вступають у ядерну реакцію;

- сума мас частинок, які утворюються, в а. о. м.

Якщо Q > 0 – реакція називається екзоенергетичною, тому що проходить із виділенням енергії.

Якщо Q < 0 - реакція називається ендоенергетичною, і для її збудження необхідно витратити енергію (наприклад, прискорити частинки, тобто надати їм достатньої кінетичної енергії).

Задача №1

Виділяється чи поглинається енергія під час такої ядерної реакції:



Розв’язання.

Енерговиділення під час ядерної реакції дорівнює:



.

Перевірка розмірностей:



Оскільки ∆Е < 0, то енергія поглинається.

Задача №2

Стався спонтанний розпад ядра. Виділилася чи поглинулася енергія під час цього розпаду? Відповідь обґрунтуйте.

Розв’язання. Виділилася. У результаті спонтанного розпаду ядро переходить у стан із меншою енергією зв’язку, у більш стійкий стан.

Ланцюгова реакція:

В ядрах важких елементів число нейтронів значно більше переважає над числом протонів, ніж у ядрах легших елементів.

 + 

 - 92 протони; 143 нейтрони;

 - 56 протонів; 81 нейтрон;

- 36 протонів; 47 нейтронів;

81+47=128 нейтронів < 143 нейтрони

Таким чином, ці 16 нейтронів виявляються «зайвими», вони виділяються в момент ділення ядра урану, інші – залишаючись в осколках , є причиню їх нестійкості…

  • коефіцієнт розмноження;

Коефіцієнт розмноження нейтронів (КРН) - це число, що є відношенням кількості нейтронів, утворених в ході ланцюгової ядерної реакції в даний момент часу, до кількості нейтронів, утворених у певний попередній момент.

k= 

Якщо , k > 1, то реакція розвивається.

Якщо , k < 1, то реакція згасає.

Якщо , k = 1, то реакція підтримується на певному рівні.



Природний уран є сумішшю двох ізотопів:

 становить 0,7% - діляться будь-якими нейтронами (особливо повільними);

 становить 99,3 % - діляться лише дуже швидкими нейтронами (інші нейтрони поглинаються);

В природному урані ланцюгова реакція не відбувається,оскільки ядер Урану-238 приблизно в 140 раз більше , ніж Урану-235, ймовірність поглинання нейтронів перевищую ймовірність поділу урану.

^ Подолання труднощів:

  1. Можна виділити Уран-235, або збагатити природнім Ураном-235 до 5%.

  2. Можна сповільнювати нейтрона, щоб істотно зменшити поглинання їх ядрами Урану-238, причому необхідне швидке сповільнення, щоб Уран-238 не встиг їх захопити.

^ Сповільнення нейтронів:

  • Як сповільнювачі використовують речовини з легкими ядрами.

До числа кращих сповільнювачів, широко використовуваних в ядерній фізиці та ядерної техніці для перетворення швидких нейтронів в теплові, відносяться вода, важка вода, берилій, графіт.

  • Сповільнювачі повинні не поглинати нейтрони.



Критична маса:

  • Найменший об'єм куска урану, при якому виникає ланцюговий процес, називається критичним об'ємом, а його маса – критичною масою.



При однакових об'ємах кусків урану втрати нейтронів тим менші, чим менша поверхня куска. Найменшу поверхню має сфера. Надаючи куску урану сферичної форми, можна зменшити його критичну масу.



Ядерні реактори на швидких нейтронах :