Veriga jedrske reakcije. Pogoji za realizacijo jedrske verižne reakcije

Teorija relativnosti pravi, da je masa posebna oblika energije. Iz tega izhaja, da je masa mase pretvoriti v energijo in energijo v maso. Takšne reakcije potekajo na intra-atomski ravni. Zlasti se lahko nekatere mase atomskega jedra spremenijo v energijo. To se dogaja na več načinov. Prvič, jedro se lahko razpade v več manjših jeder, ta reakcija pa se imenuje "razpad". Drugič, manjša jedra se lahko zlahka povežejo, da bi dobili večjo sintezno reakcijo. V vesolju so takšne reakcije zelo pogoste. Dovolj je reči, da je sintezna reakcija vir energije za zvezde. Ampak reakcijo razpada uporablja človeštvo za jedrski reaktorji,

Kaj se zgodi v jedru atoma

Veriga jedrska reakcija je proces, ki se pojavi, ko se elementarni delci ali jedri trčijo z drugimi jedri. Zakaj "veriga"? To je niz zaporednih jedrskih reakcij. Zaradi tega procesa se v začetnem jedru spremeni kvantno stanje in nukleonska sestava, pojavijo se tudi novi delci - reakcijski produkti. Jedrska verižna reakcija, je fizika, ki vam omogoča, da razišče mehanizme interakcije jeder z jedri in delci - glavni način za pridobivanje novih elementov in izotopov. Da bi razumeli potek verižne reakcije, moramo najprej obravnavati enojno.

Kaj potrebujete za reakcijo

Za izvedbo takega procesa kot verižne jedrske reakcije je treba delce (jedro in nukleon, dve jedri) približati na razdalji polmera močne interakcije (približno en Fermi). Če so razdalje velike, bo interakcija nabitih delcev izključno Coulomb. V jedrski reakciji so upoštevani vsi zakoni: ohranjanje energije, zagon, zagon, barion naboj. Verižna jedrska reakcija je označena z množico simbolov a, b, c, d. Simbol a označuje začetno jedro, b incidentni delec, c novo emitirano delčino in d označuje nastalo jedro.

Energija reakcije

Verižna jedrska reakcija lahko poteka tako z absorpcijo kot s sproščanjem energije, kar je enako razliki med masami delcev po reakciji in do nje. Absorbirana energija določa najmanjšo kinetično energijo trka, tako imenovani prag jedrske reakcije, v kateri se lahko prosto pretaka. Ta prag je odvisen od delcev, ki sodelujejo v interakciji, in od njihovih značilnosti. V začetni fazi so vsi delci v vnaprej določenem kvantnem stanju.

Reakcija

Glavni vir napolnjenih delcev, s katerimi je jedro bombardirano, je pospeševalnik napolnjenih delcev, ki daje nosilce protona, težkih ionov in lahkih jeder. Počasi nevtroni se pridobivajo z uporabo jedrskih reaktorjev. Različne vrste jedrskih reakcij lahko uporabimo za določanje nabojnih delcev, tako pri sintezi kot pri razpadanju. Verjetnost njih je odvisna od parametrov delcev, ki se srečujejo. Ta značilnost je povezana z značilnostmi preseka reakcije - efektivno območje, ki karakterizira jedro kot tarča za incidentne delce in ki je merilo verjetnosti, da delec in jedro vstopita v interakcijo. Če v reakcijo sodelujejo delci z nenavarnim centrifugiranjem, je prerez odvisen neposredno od njihove usmeritve. Ker je vrtenje delcev incidentov usmerjeno ni povsem kaotično, temveč bolj ali manj urejeno, bodo vse korpuske polarizirane. Kvantitativna značilnost usmerjenih usmerjevalnih žarkov je opisana s polarizacijskim vektorjem.

Reakcijski mehanizem

Kaj je jedrska reakcija v verigi? Kot smo že omenili, gre za zaporedje enostavnejših reakcij. Značilnosti incidentnega delca in njena interakcija z jedrom sta odvisna od mase, napolnjenosti, kinetične energije. Interakcija je določena s stopnjo svobode jeder, ki so vzburjena v trku. Pridobitev nadzora nad vsemi temi mehanizmi omogoča izvajanje takega postopka kot jedrske reakcije z nadzorovano verigo.

Neposredne reakcije

Če se napolnjeni delec, ki zadene ciljno jedro, dotakne le to, bo trajanje trka enako, kot je potrebno za premostitev polmera jedra. Ta jedrska reakcija se imenuje neposredna. Skupna značilnost vseh takšnih reakcij je vzbujanje majhnega števila stopenj svobode. V takem procesu, po prvem trku, delec še vedno ima dovolj energije za premagovanje jedrske privlačnosti. Na primer, takšne interakcije kot neelastično razprševanje nevtronov, izmenjava naboja in se nanašajo na neposredne interakcije. Prispevek takšnih procesov k karakteristiki, imenovani "celotni prerez", je precej skromen. Vendar pa distribucija produktov prehoda z neposrednim jedrskim reakcijo omogoča določanje verjetnosti izpusta iz kota smeri žarka, kvantne številke, selektivnost poseljenih držav in določanje njihove strukture.

Pred-ravnotežna emisija

Če delec po prvem trku delca ne zapusti jedrske interakcije, se bo vključil v celotno kaskado zaporednih trkov. To je dejansko tisto, kar se imenuje veriga jedrska reakcija. Zaradi te situacije se kinetična energija delcev porazdeli med sestavne dele jedra. Stanje jedra bo postopoma postalo bolj zapleteno. V tem procesu lahko pri določenem nukleonu ali celotnem grudu (skupini nukleonov) koncentriramo energijo, ki zadostuje za emisijo tega nukleona iz jedra. Nadaljnja sprostitev bo privedla do nastanka statističnega ravnovesja in nastanka sestavljenega jedra.

Verižne reakcije

Kaj je jedrska reakcija v verigi? To je zaporedje njegovih sestavnih delov. To pomeni, da so večkrat zaporedne jedrske reakcije, ki jih povzročajo nabojni delci, prikazane kot reakcijski produkti v prejšnjih korakih. Kaj se imenuje jedrska verižna reakcija? Na primer, fisijo težkih jeder, kadar se večkratni dogodki fisije začnejo z nevtroni, dobljenimi v prejšnjih razpadih.

Značilnosti verige jedrske reakcije

Med vsemi kemijskimi reakcijami se je širjenje verig zelo razširilo. Delci z neuporabljenimi vezmi služijo kot prosti atomi ali radikali. V takem postopku kot verižna jedrska reakcija mehanizem njenega pretoka zagotavljajo nevtroni, ki nimajo Coulombove pregrade in vzbujajo jedro po absorpciji. Če se v mediju pojavi potreben delec, potem povzroči verigo naknadnih transformacij, ki se nadaljujejo, dokler se veriga ne razbije zaradi izgube nosilnega delca.

Zakaj je prevoznik izgubljen?

Obstajata le dva razloga za izgubo delcev nosilca neprekinjene verige reakcij. Prvi je, da absorbira delec brez sekundarnega emisijskega procesa. Drugi je odhod delca nad mejo prostornine snovi, ki podpira proces verige.

Dve vrsti postopka

Če se v vsakem obdobju verižne reakcije rodi le en sam nosilni delec, se lahko ta postopek imenuje nerazporejen. Ne more povzročiti sproščanja energije v velikem obsegu. Če obstaja veliko delcev nosilca, se to imenuje razvejana reakcija. Kaj je verižna jedrska reakcija z razvejanjem? Eden od sekundarnih delcev, pridobljenih v prejšnjem zakonu, bo nadaljeval verigo, ki se je začela prej, drugi pa bodo ustvarjali nove reakcije, ki bodo tudi podružnice. Proces, ki vodi k zlomu, bo tekmoval s tem procesom. Posledično stanje bo ustvarilo specifične kritične in omejevalne pojave. Na primer, če je več sten od čisto nove verige, potem bo samozadostna reakcija nemogoča. Tudi če ga umetno vzbujate z vnosom prave količine delcev v danem okolju, se bo postopek še vedno zbledel s časom (navadno zelo hitro). Če število novih verig presega število čeri, se veriga jedrska reakcija začne širiti po vsej snovi.

Kritično stanje

Kritično stanje ločuje stanje snovi z razvito samozadostno verižno reakcijo in območje, kjer je ta reakcija sploh nemogoča. Za ta parameter je značilna enakost med številom novih verig in številom možnih odmikov. Kot prisotnost prostega delca človeka je kritično stanje glavna točka na takem seznamu kot "pogoji za realizacijo verižne jedrske reakcije". Doseganje tega stanja se lahko določi z več možnimi dejavniki. Fisijo jedra težkega elementa vzbuja samo en nevtron. Zaradi takšnega procesa, kot je reakcija verižne jedrske fisije, se pojavijo več nevtronov. Posledično lahko ta proces povzroči razvejano reakcijo, kjer bodo nevtronski nosilci delovali kot nosilci. V primeru, da se stopnja zajemanja nevtronov brez cepitve ali odhodov (hitrost izgube) nadomesti s hitrostjo razmnoževanja delcev nosilca, se verižna reakcija nadaljuje v stanju dinamičnega ravnovesja. Ta enačba označuje multiplikacijski faktor. V zgornjem primeru je enaka enemu. V Ljubljani jedrska energija skozi uvod negativne povratne informacije med stopnjo sproščanja energije in faktorjem množenja je mogoče nadzorovati potek jedrske reakcije. Če je ta koeficient več kot en, se bo reakcija razvila eksponentno. Nuklearne verižne reakcije se uporabljajo v jedrskem orožju.

Jedrska reakcija v elektroenergetiki

Reaktivnost reaktorja določa veliko število procesov, ki se pojavljajo v njegovem jedru. Vse te vplive določi tako imenovani koeficient reaktivnosti. Vpliv temperaturnih sprememb grafitnih palic, hladilnim sredstvom in reaktivnost urana reaktorja in intenzivnosti procesa precejanja kot je jedrske verižne reakcije, označen s koeficientom temperature (za hladilno tekočino, urana, grafita). Za moč, barometrične indikatorje so tudi odvisne karakteristike za indikatorje pare. Da bi ohranili jedrsko reakcijo v reaktorju, je treba nekatere elemente pretvoriti v druge. Za to je treba upoštevati razmere toka v jedrske verižne reakcije - prisotnosti snovi, ki se lahko razdeli in se dodelijo od razpada številnih osnovnih delcev, ki bo posledično povzroči ostale delitve jeder. Ker je taka snov pogosto uporablja uran-238, uran-235, plutonij-239. Med prehodom jedrskega verigi reakcijski izotopi teh elementov razpadejo in tvorijo dva ali več drugih kemičnih snovi. Pri tem se sproščajo tako imenovane "gama" -rays, intenzivna sproščanjem energije, tvorjena iz dveh ali treh nevtronov, ki lahko deluje za nadaljevanje reakcije. Razlikovati je treba med počasnimi in hitrimi nevtroni, ker da bi atoma jedra razpadla, bi morali ti delci letijo na določeni hitrosti.