"Ядерные реакции"

Термоядерный синтез
5. Ядерный реактор
6. Применение ядерной энергии
7. Блок контроля
9. Литература
8.

Глоссарий

расщепления ядра на отдельные нуклоны Е = m·c²

Есв = ΔM·c²

и массы целого ядра Mя < Z·mp + N·mn

ΔM= Z·mp + N·mn - Mя На 1 а.е.м. приходится энергия связи = 931 МэВ

угля

=
Есв
А
У ядер средней части периодической системы Менделеева
с массовым числом

40 ≤ А ≤ 100 Еуд максимальна

2. У ядер с А>100 Е уд плавно убывает

3. У ядер с А< 40 Еуд скачкообразно убывает

4. Максимальной Еуд обладают ядра, у которых
число протонов и нейтронов четное, минимальной – ядра,
у которых число протонов и нейтронов нечетное

Наиболее оптимальные способы
высвобождения внутренней энергии
ядер:
- деление тяжелых ядер;
- синтез легких ядер.

с элементарными частицами или друг с другом

Условия:
1) Частицы вплотную приближаются к ядру
и попадают в сферу действия ядерных сил;
2) Частицы должны обладать большой
кинетической энергией (…с помощью ускорителей
элементарных частиц и ионов)

энергии≈ 100 эВ; средние ≈ 1 МэВ; высокие≈50 МэВ.
2. По

виду ядер, которые участвуют в реакции:
реакции на легких ядрах (А<50), средних(50<А<100)
и тяжелых ядрах (А>100);
3. По природе бомбардирующих частиц:
реакции на нейтронах, квантах, заряженных частицах;
4. По характеру ядерных преобразований:
захват частиц с преобразованием в более массивное ядро, расщепление ядра на части при бомбардировании, переход ядра из возбужденного состояния в нормальное.

ядер и частиц до реакции и после реакции

Пример:
Δm=
(m H +

m H) – (m He + m n)

1

1

1

2

3

4

2

0

Если Е < 0, то энергия выделяется
(экзотермическая);
Если Е > 0, то энергия поглощается
(эндотермическая).

все элементы периодической системы.
Нейтроны, не имея заряда,
беспрепятственно проникают в

атомные ядра
и вызывают их изменения.


Реакции на быстрых нейтронах.
Реакции на медленных нейтронах
(более эффективны, чем быстрые;
n замедляют в обычной воде)

Al + n → Na + He

27

13

1

0

24

11

4

2

1

0

г. О.Фриш, Л.Мейтнер
Деление происходит
под действием кулоновских сил
Rb
94
При бомбардировке нейтронами

U
образуется 80 различных ядер.
Наиболее вероятное деление на Kr и Ba
в соотношении 2/3

235

91

142

α -излучение

γ-излучение

(нейтроны), образуются как продукты этой реакции
В 1940 г., Г.Флеров и

В.Петржак
обнаружили самопроизвольное (спонтанное)
деление ядер урана –
цепная ядерная реакция

времени не уменьшалось.
Отношение количества нейтронов
в каком-либо «поколении» к количеству

нейтронов
в предыдущем «поколении» называют
коэффициентом размножения нейтронов k

Если k < 1, реакция быстро затухает,
Если k = 1, то реакция протекает с постоянной
интенсивностью (управляемая),
Если k >1, то реакция развивается лавинно
(неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву

или захват быстрых нейтронов ядрами U и

U
с последующим делением.
2) Захват нейтронов ядрами урана без деления.
3) Захват нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструктивными элементами установки.
4) Вылет нейтронов наружу из вещества, которое делится.

236

235

235

вылет нейтронов из куска урана увеличивают массу урана (масса растет

быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар).

Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой.

В зависимости от устройства установки и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов

ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии
Энергетически очень выгодна!!!
Самоподдерживающиеся

–
в недрах Земли, Солнца и других звезд.
2. Неуправляемая – водородная бомба!!!
3. Ведутся работы по осуществлению
управляемой термоядерной реакции.

деления тяжелых ядер
Первый ядерный реактор: США, 1942 г., Э.Ферми,
деление

ядер урана.
В СССР: 25 декабря 1946 г., И.В.Курчатов

до 5% ураном-235, торий или плутоний
2) Замедлитель – тяжелая

(D2O)
или обычная вода

3) Для уменьшения вытекания нейтронов
активная зона окружена слоем отражателя
(графит)

4) Ядерное горючее вводят в активную зону
в виде стержней. Температура 800К– 900 К

5) Управление с помощью регулирующих
стержней из соединений бора и кадмия,
активно поглощающих нейтроны

6) Система охлаждения для отвода тепла
из активной зоны реактора (вода, жидкие
металлы, некоторые органические жидкости)

7) Системы дозиметрического контроля
и биологической защиты окружающей среды
от протонов, нейтронов, γ-излучения

8) После 30-40 лет службы реактор
не подлежит восстановлению

– атомный реактор
на быстрых нейтронах
ЭГП – атомный энергетический
графитовый

реактор
с перегревом пара

1) Не потребляют дефицитного

органического топлива,
2) Не загружают перевозками угля
ЖД- транспорт,
3) Не потребляют атмосферный
воздух,
4) Не засоряют среду золой
и продуктами сгорания.

+

1) Нельзя размещать
в густонаселенных районах –
потенциальная угроза
радиоактивного заражения!!!!!
2) Сложности с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок атомных электростанций

-

(МАГАТЭ)
является межправительственной организацией,
которая на основе соглашения с ООН с 1956 г. входит в общую
систему Объединенных Наций.
МАГАТЭ уполномочено:
поощрять и поддерживать изучение, развитие и практическое
использование атомной энергии во всем мире в гражданских целях;
посредничать в обмене услугами и материалами между
своими членами по их желанию;
обеспечивать использование материалов, услуг и
оборудования для развития атомной энергетики в мирных целях;
поощрять обмен научной и технической информацией в сфере
мирного использования атомной энергии;
предпринимать меры безопасности для предотвращения
использования ядерных материалов в военных целях;
вместе с отвечающими за эти вопросы органами и институтами
системы ООН определять и устанавливать нормы в области
безопасности и охраны здоровья.

за счет
ядерной, а не механической или химической
энергии. По

разрушительной мощи только
взрывной волны одна единица ядерного оружия
может превосходить тысячи обычных бомб
и артиллерийских снарядов. Кроме того, ядерный
взрыв оказывает на все живое губительное
тепловое и радиационное действие,
причем, как правило, на больших площадях.

проведены на Аламогордской базе ВВС, расположенной в пустынной части шт.

Нью-Мексико. Плутониевое ядерное устройство, установленное на стальной башне, было успешно взорвано 16 июля 1945. Энергия взрыва приблизительно соответствовала 20 кт тротила. При взрыве образовалось грибовидное облако, башня обратилась в пар, а характерный для пустыни грунт под ней расплавился, превратившись в сильно радиоактивное стеклообразное вещество.(Через 16 лет после взрыва уровень радиоактивности в этом месте все еще был выше нормы.) Информация об удачном опытном взрыве сохранялась в тайне от общественности, но была передана президенту Г.Трумену, который в то время находился в Потсдаме на переговорах о послевоенном устройстве Германии. Проинформированы были также У.Черчилль и И.Сталин.

года
на Семипалатинском
полигоне. Мощность
заряда до 20 килотонн
тротилового эквивалента.
Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г.Снежинск

собой
баллистическое тело обтекаемой формы с хвостовым оперением.
Диаметр 2 м, длина 8

м, масса 30 т. Для обеспечения возможности
транспортировки авиабомбы такого большого калибра была проведена
специальная доработка самолёта Ту-95, позволившая разместить на нём
авиабомбу, частично заглубив её внутри фюзеляжа. Бомбометание
производилось на дозвуковой скорости. Для обеспечения безопасности
экипажа самолёта-носителя от поражающих факторов сброшенной им
бомбы была разработана парашютная система: 2 вытяжных парашюта
площадью 0,52 и 5 м 2, четыре тормозных — по 42 м 2 и основной
парашют — площадью 1600 м 2. Перегрузки не превышали 5 единиц,
скорость снижения обеспечивалась в пределах 20–25 м/с. В дальнейшем
на базе такой парашютной системы были разработаны системы
спасения  для спускаемых аппаратов управляемых космических ракет.
Бомба испытана на половинную мощность 24 декабря 1962 года
на полигоне „Новая Земля“. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

до 1500 км.
В этом ракетном комплексе впервые реализован подводный пуск
ракеты с

глубины 40-50 м. Изделие имеет в своём составе
термоядерный заряд мегатонного класса.
Габаритные размеры: длина 2300 мм, диаметр 1304 мм.
Масса 1144 кг.
Изделие разрабатывалось и испытывалось в начале 1960-х гг.,
принято на вооружение в 1963 г. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

мм, масса 736 кг.
Заряд термоядерный мегатонного класса. Корпус имеет
многослойную

конструкцию, предусматривающую
силовую оболочку и теплозащиту. Наконечник корпуса
выполнен из радиопрозрачного материала. Разработка и
испытания проводились в 1960-х гг. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

для стратегической

авиации
Самая первая водородная бомба,
освоенная серийным производством
и принятая на вооружение стратегической
авиации. Окончание разработки — 1962 г. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г.Снежинск.

имеет две боевые
части: неядерную и ядерную. Длина 11 м, диаметр
880 мм,

дальность стрельбы до 370 км. По договору
о сокращении ракет средней и малой дальности все
ядерные боеголовки этих ракет были сняты
с вооружения и уничтожены. В неядерном
варианте находится на вооружении многих стран.
Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

баллистической ракеты

Пуск осуществляется с подводной лодки.
При разработке головной части удалось по сравнению
с предыдущим изделием

значительно уменьшить габариты,
а величину массы снизить почти вдвое — 650 кг.
Это позволило получить более высокие тактико-
технические характеристики нового ракетного комплекса.
Изделие принято на вооружение в 1968 г.
Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

базирования
Предназначалась для оснащения
усовершенствованной ракеты нового поколения.
В составе изделия применены

малогабаритный
термоядерный заряд и приборы системы
автоматики, имеющие минимальные размеры.
Плотная компоновка составных частей боевого
блока позволила создать лёгкое и малогабаритное
изделие, удовлетворяющее требованиям
размещения трёх ББ на одной ракете-носителе.
Масса ББ 170 кг. Изделие принято на вооружение
в 1974 г. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

атомный и первый термоядерный
заряды. Эти ключи переданы в музей
участником испытаний Георгием
Павловичем Ломинским, который
последним

покидал башни.
Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

диаметр миделя 880 мм,
масса 950 кг. Заряд ядерный, мощностью

несколько
десятков килотонн. Силовая оболочка корпуса
выполнена из стали. Корпус имеет теплозащиту
и теплоизоляцию, наконечник выполнен
из радиопрозрачного материала. Модификация с
неядерной боевой частью известна под названием
„Scad“. Разработка и испытания проводились в
начале 1960-х гг. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск.

атома, и массы целого ядра
Коэффициент размножения нейтронов k - отношение

количества
нейтронов в каком-либо «поколении» к количеству нейтронов
в предыдущем «поколении»

Критическая масса - минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция

Термоядерная реакция - реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии

МАГАТЭ (Международное Агентство По Атомной Энергии),
основано в 1955 г.

с элементарными частицами
или друг с другом
Энергетический выход ядерных реакций

Е = Δm·c² - разность энергий
покоя ядер и частиц до реакции и после реакции

Энергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны

Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра атома

Цепной ядерной реакцией называется реакция, в которой частицы,
вызывающие её (нейтроны), образуются как продукты этой реакции

Ядерный реактор – установка, в которой осуществляется
управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер

Ядерный штурм, Боруля В., М.,
Моск.рабочий, 1980,
3. И.В.Курчатов

и ядерная энергетика,
Сивинцев Ю., М.,Атомиздат, 1980,
4. Ядерная энергетика (вчера, сегодня,
завтра), Сивинцев Ю., М.,Атомиздат, 1980,
Мирные профессии нейтронов,
Журбин Е.А., М.,Знание, 1980