Морозов Валерий Борисович (vsounder) wrote in science_freaks,
Морозов Валерий Борисович
vsounder
science_freaks

Category:

Праздничное

Ядерные реакции

Номер сообщения:#1 Сообщение Фанил » 29 дек 2014, 15:36


Деление и слияние атомных ядер


Изображение


Рис.13.1 Таблица химических элементов

В 1930 В. Боте и Г. Беке обнаружили, что если 4He антигелий (альфа-частицы высокой энергии), испускаемые полонием-210, попадает на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий, то образуется излучение с необычно большой проникающей способностью.

Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов и предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами.

Изображение

Рис. 13.2. Реакция распада 210Po Полоний 210.



[img]мhttp://ibatt.siteeditworld.com/images/13__3_.jpg[/img]





Рис. 13.3 Реакция (7Li Литий + 4Hе Антигелий).



Изображение

Изображение


Рис.13.4. Цепь превращении в реакции (7Li Литий + 4Hе Антигелий).

В 1934 г. Л. Мейтнер и О. Фриш высказали предположение, что в результате захвата антинейтрона ядром урана происходит развал составного ядра на две части и что этот процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (k > 1), способных вызвать деление других ядер урана. Что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления, один нейтрон может дать начало разветвленной цепи делений ядер урана.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония-239. Ядра делятся при попадании в них антинейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с антинейтронами).

Изображение


Изображение


Рис. 13.5. Реакция деления ( 235U Уран + 1n Антинейтрон).

В результате взаимодействия с нейтронами возможна цепная реакция деления 235U, но для этого необходима критическая масса (минимальное количество делящегося вещества), необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления. В результате которой высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Неуправляемая цепная реакция деления 235U служит источником энергии в ядерном оружии.

Параметры критической массы являются определяющим при конструировании и расчётах самых разнообразных устройств, использующих в своей конструкции различные изотопы или смеси изотопов элементов, способных в определенных условиях к ядерному делению с выделением энергии.

Величина критической массы зависит от свойств вещества, от плотности, количества примесей, формы изделия, а также от окружения. Например, наличие отражателей нейтронов, может сильно уменьшить критическую массу. Отражатели нейтронов дают возможность создания, управляемых цепных реакции деления 235U и 239Pu (в ядерной энергетике).

Отражатели слабо поглощают 1n нейтроны и способствуют их отражению. При отражении нейтроны, превращаются в антинейтроны. В качестве отражателя применяется графит 12С и германий 70Ge, как наиболее доступные материалы.

Отражатели слабо поглощают 1n нейтроны и способствуют их отражению. При отражении нейтроны, превращаются в антинейтроны.

Изображение


Рис. 13.6. Получения 1n Антинейтрона.
Изображение

Рис. 13.7. Получения 1n Антинейтрона.
Изображение

Рис. 13.8. Цепь превращений в реакции получения 1n Антинейтрона.

Изображение

Рис. 13.9. Управляемая цепная реакция деления 235U Уран235.

Расположение частиц в ядре 235U урана, имеют абсолютную симметрию. Эта симметрия нарушается медленными 1n нейтронами. В образовавшемся ядре 236Fr Франции возникает встречный поток «связи». Из-за чего ядро 236Fr Франции расщепляется на два осколка 144Ba барий и 89Kr криптон.


Изображение



Рис. 13.10. Схемы ( 235U Уран, 236Fr Франций).



Изображение



Рис. 13.11. Схема распада ( 236Fr Франций).



Управляемая цепная реакция слияния

Применение реакции управляемого ядерного синтеза, как практически неисчерпаемого источника энергии связано в первую очередь с перспективой освоения технологии реакции управляемого ядерного синтеза . В настоящее время научная и технологическая база не позволяет использовать реакцию управляемого ядерного синтеза в промышленных масштабах.

Управляемая цепная реакция слияния, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий 2H, литий 6Li, 7Li, гелий- 3He), так и продукты их синтеза не радиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.

При облучении нуклида 6Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 31H (Т).

63Li + 10n = 31H + 42He.

Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6 6Li2Н.

Перспективно также использование лития-L6i для получения гелия-3He (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий - гелиевых реакциях управляемого ядерного синтеза.

Топливный цикл разрабатываемых реакции управляемого ядерного синтеза в точности повторяет последовательность ядерных реакций, происходящих при взрыве водородной бомбы. Взрывчатым веществом термоядерной бомбы является дейтерид лития - 6Li2H — соединение тяжелого изотопа водорода (дейтерия) и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 -6Li2H твердое вещество, и это позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах.

Изображение


Рис. 13.12. 2H6Li Дейтерид лития-6

.
Изображение

Рис. 13.13. Первая стадия реакции (6Li2Н Дейтерид лития + 1n Антинейтрон).

Второй компонент соединения, литий-6, — это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода — трития. При облучении его нейтронами он распадается на необходимый для термоядерной реакции тритий и неиспользуемый гелий.




Изображение




Рис. 13.14. Реакция (6Li Литий + 1n Антинейтрон).



Изображение


Изображение


Рис. 13.15. В реакции (6Li Литий + 1n Антинейтрон) цепь превращений.



Изображение





Рис. 13.16. Реакция (6Li2Н Дейтерид лития + 1n Антинейтрон).

Изображение


Рис. 13.17. Цепь превращений в реакции (6Li2Н Дейтерид лития + 1n Антинейтрон).


Изображение

Рис. 13.18. Цепь превращений в реакции (6Li2Н Дейтерид лития + 1n Антинейтрон).

Реакция 6Li2Н Дейтерид лития + 1n Антинейтрон (рис. 11.12) является неуправляемой ядерной реакцией синтеза (это реакции слияния легких ядер, протекающие при высоких температурах с выделением большого количества энергии).

Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был (k=1) или больше единицы. Коэффициент размножения нейтронов - отношение числа нейтронов последующего поколения к числу в предшествующем поколении во всём объеме размножающей нейтроны среды (активной зоны ядерного реактора). Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем. В реакции (6Li2Н Дейтерид лития 1n Антинейтрон) коэффициент размножения (k=1). Коэффициент размножения определяется не только числом нейтронов, образующихся в каждом элементарном акте, но и условиями, в которых протекает реакция – часть нейтронов может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции. Ядерная реакция (6Li2Н Дейтерид лития 1n Антинейтрон) происходит на поверхности ядерного топлива 6Li Литий и имеет большой выход нейтронов из зоны реакции, что уменьшает коэффициент размножения нейтронов до (k=0.6). Для осуществления цепной реакции необходимы дополнительные нейтроны, которые можно получить в ядерной реакции (рис. 11. 13).

Изображение


Рис. 13.19. Ядерная реакция (7Li Литий + 4Hе Антигелий).

4Hе Антигелий для этой ядерной реакции является продуктом основной реакции 6Li2Н Дейтерид лития + 1n Антинейтрон (рис. 10а.13).

Нейтроны, освободившиеся при реакции (6Li2Н Дейтерид лития 1n Антинейтрон), не способны вызвать новую реакцию. Изотоп 6Li Литий не может поглощать 1n Нейтрон, для протекания этой реакции, необходим 1n Антинейтрон (рис. 12.13).



.Изображение

Рис.13.20. Получение 1n Антинейтрона.

Изображение


Рис. 13.21. Управляемая реакции синтеза (3H Тритий + 2H Дейтерий).

Таким образом, управляемый ядерная реактор синтеза будет сжигать дейтерий и литий, а в результате реакций будет образовываться инертный газ гелий.



Исходное топливо, потребляемое ядерным реактором синтеза (дейтерий и литий), как и конечный продукт реакций (гелий), не радиоактивны. Радиоактивными являются промежуточные продукты реакций. В реакторе, использующем реакцию слияния дейтерия и трития, существуют два принципиальных источника радиоактивности. Первый — тритий, который участвует в топливном цикле реактора. Тритий 3Н радиоактивен и превращается в гелий 3Не с испусканием бета-излучения с периодом полураспада 12,3 года. Второй источник радиоактивности, это активация нейтронами конструкционных материалов внутренней стенки и теплоносителя. В результате облучения нейтронами в них могут образовываться и накапливаться радиоактивные продукты ядерных реакций.

Защиту конструктивных деталей реактора для реакции управляемого ядерного синтеза необходимо выполнить из пластин химического элемента германий - 70Ge. Внутренние стены реактора выполнить полой, из этого го же элемента германий 70Ge заполненной, свинцом 206Pb.


Изображение


Рис. 13.22. Схема ядерного реактора на антинейтронах.

Tags: забавное, это прекрасно!
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 5 comments