Вот что при этом происходит. Сначала уран – 238 захватывает нейтрон:

U23892 +n10U23992

Образующийся изотоп урана (уран - 239) бета – активен. Он распадается и образует трансурановый элемент – нептуний:

U23992Np23993+β.

Нептуний в свою очередь также бета – активен. Он живёт недолго, его период полураспада всего лишь 2,4 дня. При этом возникает ещё один трансурановый элемент – плутоний: 

Np23993Pu23994+ β.

Плутоний, также как и уран – 235, прекрасно делится под действием самых разнообразных нейтронов. В этом смысле он очень ценный элемент.

Основной изотоп, который используется в ядерных установках, - это уран – 235. Чем меньше энергия нейтронов, тем лучше он их захватывает. поэтому для того чтобы нейтроны захватывались преимущественно этим изотопом, а не изотопом уран – 238, их надо замедлить: ведь при делении ядер урана выделяются довольно быстрые нейтроны.   

Итак, чтобы создать установку, в которой освобождалось бы большое количество энергии, надо собрать воедино много атомов урана – 235 или создать такие условия в природном уране, чтобы ядра урана – 238 «оставляли в покое» нейтральные частички и они захватывались бы только ураном – 235. 

Тогда на смену захваченным нейтронам будут приходить новые, освободившиеся при делении. Всё большее и большее число ядер разделится всё больше энергии выделится, и всё больше появится новых нейтронов. Так начинается цепная реакция.

Представьте себе, что перед нами некоторое количество урана – 235. При самопроизвольном делении там рождаются нейтроны. Поскольку перед нами уран – 235, неважно, какая у этих нейтронов скорость. Они обязательно разделят ядра урана, и при этом появятся новые нейтроны. С каждым разом число нейтронов будет всё больше, больше будет и делений. Как снежный ком начнёт увеличиваться эта нейтронная лавина. В результате – колоссальный взрыв. Вот что может произойти в уране – 235.

 Поскольку неконтролируемая цепная реакция кончается взрывом, её используют только в военных целях.

 Но обязательно ли в куске чистого урана – 235 возникнет цепная реакция, которую нельзя остановить? Конечно нет!

Увеличение числа нейтронов в делящемся веществе можно характеризовать так называемым коэффициентом размножения. Этот коэффициент показывает, во сколько раз больше нейтронов появится после поглощения очередной их порции. Если этот коэффициент >1, поток будет всё время расти и последует взрыв.

Если урана немного, Часть нейтронов будет уходить из него и уже никогда не возвратится обратно. Поэтому и взрыва никакого там быть не может. Такое количество урана, в котором уже может возникнуть взрывная реакция называется критической массой. Коэффициент размножения в массе урана меньшей критической не достигает 1.

Но если соединить две массы, каждая из которых немногим меньше этой величины, то масса сразу станет больше критической коэффициент размножения вырастет и разовьётся неуправляемая цепная реакция. Произойдёт атомный взрыв.

Как же так? Почему же тогда не взрывается природный уран, почему он спокойно лежит на складах? Ведь десятки тонн этого металла хранились и хранятся, не вызывая никаких опасений.

Дело в том, что в природном уране захват нейтронов ураном – 238 всегда будет превосходить деление в уране – 235. Никогда здесь коэффициент размножения не может стать >=1. Цепная реакция в куске природного урана любой величины невозможна.

Для нужд энергетики, для постоянного использования внутриядерной энергии необходимо создать в уране управляемую цепную реакцию. Что это значит?

Раз цепная, значит, она должна сама себя поддерживать. Далее идёт слово «управляемая»; оно означает, что реакция не должна нарастать, что число делений ядер урана не должно увеличиваться. Мы хотим добиться такого положения, чтобы в каждый момент времени было постоянное количество делений и чтобы мы могли по своему усмотрению менять это количество. Захотели – сделали его больше, захотели – меньше. Число делений - это энергия, которая выделяется в уране в единицу времени. Значит речь идёт о мощности.

Итак, управляемая цепная реакция – такая, в которой постоянна мощность и в которой мы умеем эту мощность по нашему желанию изменять.

Для освобождения ядерной энергии надо иметь «горючий» материал. В данном случае им будет уран. Теперь надо или выделить из природного элемента изотоп уран – 236 или работать на природном уране. Во 2 случае придётся искусственно замедлять нейтроны, чтобы их захватывал только уран – 235. Нейтроны замедлятся при столкновении с ядром. Чем легче сталкивающееся с нейтроном ядро, тем больше энергии может он при этом передать.

 

                               

Устройство реактора
Начало цепной реакции
Содержание

Hosted by uCoz