Nukleär kedjereaktion. Villkoren för den nukleära kedjereaktionen

Relativitetsteorin säger att mass - är en speciell form av energi. Av detta följer att det är möjligt att omvandla massa till energi och energi på massa. På intraatomic nivå, sådana reaktioner äger rum. I synnerhet kan en del av massan av atomkärnan väl förvandlas till energi. Detta sker på flera sätt. Först, kärnan kan brytas upp i ett antal mindre kärnor, är denna reaktion som kallas "kollaps". För det andra kan mindre kärnor enkelt ansluta för att få större - denna syntesreaktion. I universum, sådana reaktioner är inte ovanliga. Det räcker med att säga att fusionsreaktionen - en energikälla för stjärnorna. Men reaktionen av förfall som används av mänskligheten för kärnreaktorer, som människor har lärt sig att kontrollera dessa komplexa processer. Men vad är en nukleär kedjereaktion? Hur man ska hantera det?

Vad händer i kärnan av en atom

Nukleär kedjereaktion - en process som körs i kollisioner mellan elementarpartiklar eller kärnor med andra kärnor. Varför är en "kedja"? Denna uppsättning av sekventiella enkelkärnreaktioner. Som ett resultat av denna process finns det en förändring av kvanttillstånd nukleon och komposition i kärnan, visas även nya partiklar - reaktionsprodukter. Nukleär kedjereaktion, fysiken av vilka gör det möjligt att utforska de mekanismer av interaktion av kärnorna med kärnorna och partiklar - den primära metoden för produktion av nya element och isotoper. För att förstå kedjereaktionen, måste vi först ta itu med singel.

Vad som behövs för reaktion

För att genomföra en sådan process, som den nukleära kedjereaktionen, är det nödvändigt att sammanföra partiklarna (kärn- och nukleon två kärnor) på ett avstånd av radien av stark växelverkan (cirka en Fermi). Om avstånden är stora, är samspelet mellan laddade partiklar rent Coulomb. I kärnreaktionen i enlighet med alla lagar: bevarande av energi, tidpunkten för momentum, baryon laddning. Nukleär kedjereaktion betecknas med symbolerna a, b, a, d. Symbolen a betecknar ett utgångs kärna, b - det infallande partikeln, med - en ny emitterade partiklar, och d betecknar den resulterande kärnan.

energi av reaktionen

Kedjan kärnreaktion kan äga rum med både absorption och frisättning av energi, som är lika med masskillnaden av partiklar efter reaktionen och före den. Den absorberade energin bestämmer den minsta kinetiska energin hos en kollision, en så kallad tröskel kärnreaktion i vilken den kan flöda fritt. Denna tröskel beror på de partiklar som deltar i interaktionen, och deras egenskaper. I det inledande skedet, alla partiklar är i ett förutbestämt kvanttillstånd.

omsättning av

Den huvudsakliga källan till laddade partiklar som bombarderar kärnan är den partikelaccelerator, som tillåter strålar av protoner, tunga joner och lätta kärnor. Långsamma neutroner som produceras genom användning av kärnreaktorer. För fixering av de infallande laddade partiklar kan användas av olika typer av kärnreaktioner - både syntesen och förfall. Sannolikheten för dem beror på parametrarna för de partiklar som kolliderar. Från denna sannolikhet är associerat en sådan egenskap, tvärsnittet av reaktionen - värdet av den effektiva ytan som kännetecknar kärnan som ett mål för de infallande partiklarna och som är ett mått på sannolikheten för att partiklar kommer in i kärnan och interagera. Om reaktionen deltog partiklar med en från noll skild spinnvärde, är avsnittet direkt beroende av deras orientering. Eftersom baksidan av de inkommande partiklarna inte är orienterade helt slumpmässigt, och mer eller mindre ordnat sätt, alla blodkroppar är polariserade. Kvantitativ karakterisering av spin-orienterade beskriver polarisationen vektorn.

Reaktionsmekanismen

Vad är en nukleär kedjereaktion? Såsom redan nämnts är det en sekvens av enklare reaktioner. Information om händelsen partikeln och dess samspel med kärnan är beroende av massa, laddning, en rörelseenergi. Interaktion bestäms av frihetsgraden av kärnorna, vilka är exciterade när en kollision. Få kontroll över alla dessa mekanismer medger en process såsom kontrollerad kärn kedjereaktion.

direkta reaktioner

Om en laddad partikel som träffar målet kärna, bara berör den, är varaktigheten av kollisionen fortfarande nödvändigt för att övervinna den nukleära radie avståndet. Denna kärnreaktion kallas direkt. En gemensam egenskap för alla reaktioner av denna typ är att ett litet antal frihetsgrader. I denna process, efter den första kollisionen partikeln har fortfarande tillräckligt med energi för att övervinna den nukleära attraktion. Till exempel, sådana interaktioner, som den oelastiska neutronspridning, laddningsutbyte, och är raka. Bidraget från sådana processer i den karakteristiska kallas "total tvärsnitt" ganska olycklig. Dock att produktfördelningen linje som passerar kärnreaktion bestämma sannolikheten för utsläpp av vinkeln för strålriktningen, kvantnummer selektivitet befolkade stater och för att bestämma deras struktur.

före jämvikt utsläpps

Om partikeln inte lämnar området nukleär samarbete efter den första kollisionen, kommer det att delta i en kaskad av successiva kollisioner. Detta är faktiskt precis vad som kallas den nukleära kedjereaktionen. Som ett resultat, en sådan situation den kinetiska energin hos partiklarna fördelas mellan de ingående delarna i kärnan. Samma tillstånd av kärnan kommer gradvis att bli mycket mer komplicerat. Under denna process på några nukleon eller hela kluster (grupp av nukleoner) energi kan fokuseras, är det tillräckligt för emissionen av en nukleon från kärnan. Ytterligare avkoppling kommer att resultera i en statistisk jämvikt och bildandet av en förening kärna.

kedjereaktioner

Vad är en nukleär kedjereaktion? Denna sekvens av dess beståndsdelar. Dvs flera på varandra följande enskilda kärnreaktioner orsakade av laddade partiklar uppträder som reaktionsprodukter i de tidigare stegen. Vad som kallas en nukleär kedjereaktion? Till exempel, fission av tunga kärnor, när multipla klyvningshändelser initierade erhållna genom tidigare avklingar neutroner.

Funktioner i en nukleär kedjereaktion

Bland alla de kemiska reaktionerna den mottog bred distributionskedjan. Partiklar med oanvända anslutningar uppfylla rollen av fria radikaler eller atomer. I denna process, eftersom den nukleära kedjereaktionen, mekanismen för dess naturligtvis ge neutroner som har Coulomb barriären och excitera kärnan efter absorption. Om mediet förefaller nödvändigt partikel, orsakar det en kedja av efterföljande omvandlingar, som kommer att fortsätta till kedjeklyvning beroende på förlusten av bärarpartiklarna.

Varför förlorade bärare

Det finns bara två anledningar till förlusten av bärarpartiklar kontinuerliga kedjereaktioner. Den första är absorptionen av partiklarna utan sekundär processutsläpp. Den andra - lämnar partiklarna inom ramen för det ämne som stöder kedjan processen.

Två typer av förfarande

Om enheten föds enbart partikel bärare i varje period kedjereaktion, då denna process kan kallas ogrenad. Det kan inte leda till utsläpp av energi i stor skala. Om det finns många bärarpartiklar, kallas det en grenad reaktion. Vad är en nukleär kedjereaktion med förgrening? En mottagen i den tidigare handling av sekundära partiklar fortsätter påbörjats innan kedjan, men de andra kommer att skapa nya reaktioner som också kommer att förgrenar ut. Med denna process kommer att tävla processer leda till brott. Den uppkomna situationen kommer att ge upphov till viss kritisk och marginell företeelse. Till exempel, om kontinuiteten i mer än rent nya kedjor är omöjligt reaktionen självförsörjning. Även om excitera henne artificiellt införande i det önskade mediet antalet partiklar, kommer processen fortfarande blekna med tiden (vanligtvis ganska snabbt). Om antalet nya kedjor kommer att överstiga antalet brott, kommer kedjereaktionen börjar spridas över hela materialet.

kritiska tillstånd

En kritisk region separeras användningstillstånd av materia avancerad självunderhållande kedjereaktion och regionen där denna reaktion inte är möjlig alls. Denna parameter kännetecknas av jämställdhet mellan antalet nya kretsar och antalet möjliga avbrott. Eftersom närvaron av den partikelfria bärare kritiska tillståndet är huvud objekt i en lista som "villkor för den nukleära kedjereaktionen." Uppnå detta tillstånd kan bestämmas genom ett antal möjliga faktorer. Dela upp tunga inslag kärna exciteras av en enda neutron. Som ett resultat av denna process, som en kedjereaktion av kärnklyvning, det finns fler neutroner. Följaktligen kan denna process producerar grenad reaktion där bärare och neutroner kommer att agera. I fallet där graden av neutron fångar utan uppdelning eller avgångar (förlusthastighet) kommer att kompenseras hastighets reproduktion bärarpartiklar, kommer kedjan reaktionen fortgå i ett stationärt läge. Denna ekvation beskriver multiplikationsfaktorn. I fall det är lika med ett ovan. I kärnkraft på grund av införandet av negativ återkoppling mellan hastigheten för energifrisättning och multiplikationsfaktorn kan realiseras styrning av kärnreaktioner. Om detta förhållande är större än ett, då kommer reaktionen att utveckla exponentiellt. Okontrollerad kedjereaktion som används i kärnvapen.

Nukleär kedjereaktion inom energisektorn

Reaktiviteten hos reaktorn bestäms av ett stort antal processer som äger rum i dess aktiva zon. Alla dessa influenser bestäms av den så kallade koefficient reaktivitet. Inverkan av förändringar av grafitstavar, kylmedel eller uran reaktiviteten hos reaktorn och intensiteten i perkoleringsprocess temperatur såsom en nukleär kedjereaktion, kännetecknad av temperaturkoefficient (för kylmediet, uran, på grafit). Det finns också ett beroende av egenskaperna hos strömmen, enligt barometriska indikatorer på parametrar ånga. För att bibehålla kärnreaktionen i reaktorn erfordras, omvandling ett element till ett annat. För detta är det nödvändigt att ta hänsyn till flödesförhållandena i kärn kedjereaktion - närvaron av en substans som är i stånd att dela sig och fördela sig från sönderfallet av ett antal elementära partiklar som, som en konsekvens, kommer att orsaka resten av divisions kärnor. Som ett sådant ämne används ofta uran-238, uran-235, plutonium-239. Under passagen av den nukleära kedjereaktions isotoper av dessa element kommer att upplösas och bildar två eller flera andra kemiska ämnen. I denna process är det emitteras s k "gamma" strålar, en intensiv energifrisättnings, bildas två eller tre neutroner kapabla verkar för att fortsätta reaktionen. Skilj mellan långsamma och snabba neutroner, eftersom de för att atom kärna upplöstes bör dessa partiklar flyga på en viss hastighet.