Цепная реакция деления ядер. Ядерный реактор

Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать новые акты деления, что делает возможным осуществление цепной реакции деления — ядерной реакции, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Цепная реакция деления характеризуется коэффициентом размножения k нейтронов, который равен отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении. Необходимым условием для развития цепной реакции деления является требование k³ 1. Оказывается, что не все образующиеся вторичные нейтроны вызывают последующее деление ядер, что приводит к уменьшению коэффициента размножения. Во-первых, из-за конечных размеров активной зоны (пространство, где происходит цепная реакция) и большой проникающей способности нейтронов часть из них покинет активную зону раньше, чем будет захвачена каким-либо ядром. Во-вторых, часть нейтронов захватывается ядрами неделящихся примесей, всегда присутствующих в активной зоне. Кроме того, наряду с делением могут иметь место конкурирующие процессы радиационного захвата и неупругого рассеяния. Коэффициент размножения зависит от природы делящегося вещества, а для данного изотопа — от его количества, а также размеров и формы активной зоны. Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно осуществление цепной реакции, называются критическими размерами. Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой. Скорость развития цепных реакций различна. Пусть Т — среднее время жизни одного поколения, а N — число нейтронов в данном поколении. В следующем поколении их число равно kN, т. е. прирост числа нейтронов за одно поколение dN= kN-N=N (k- 1). Прирост же числа нейтронов за единицу времени, т. е. скорость нарастания цепной реакции, dN/dt=N(k-1)/T (266.1) Интегрируя (266.1), получим N=N₀e^(k-1)t/T, где No — число нейтронов в начальный момент времени, а N —их число в момент времени t. N определяется знаком (k-1). При k> 1идет развивающаяся реакция, число делений непрерывно растет и реакция может стать взрывной. При k= 1 идет самоподдерживающаяся реакция, при которой число нейтронов с течением времени не изменяется. При k<1 идет затухающая реакция. Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной бомбы, например, является неуправляемой реакцией. Чтобы атомная бомба при хранении не взорвалась, в ней ²³⁵₉₂U (или ²³⁹₉₄Pu) делится на две удаленные друг от друга части с массами ниже критических. Затем с помощью обычного взрыва эти массы сближаются, общая масса делящегося вещества становится больше критической и возникает взрывная цепная реакция, сопровождающаяся мгновенным выделением огромного количества энергии и большими разрушениями. Взрывная реакция начинается за счет имеющихся нейтронов спонтанного деления или нейтронов космического излучения. Управляемые цепные реакции осуществляются в ядерных реакторах (см. §267). В природе имеется три изотопа, которые могут служить ядерным топливом (²³⁵₉₂U: в естественном уране его содержится примерно 0,7 %) или сырьем для его получения (²³²₉₀Th и ²³⁸₉₂U: в естественном уране его содержится примерно 99,3%). ²³²₉₀Th служит исходным продуктом для получения искусственного ядерного топлива ²³³₉₂U (см. реакцию (265.2)), a ²³⁸₉₂U, поглощая нейтроны, посредством двух последовательных b^--распадов — для превращения в ядро ²³⁹₉₄Pu:

Реакции (266.2) и (265.2), таким образом, открывают реальную возможность воспроизводства ядерного горючего в процессе цепной реакции деления.

 

1. Развитие представлений о природе света.

2. Понятие о когерентности электромагнитных волн.

3. Интерференция света. Условие интерферентности волн.

4. Методы наблюдения интерференции света. Метод Юнга.

5. Методы наблюдения интерференции света. Зеркала Френеля.

6. Расчет интерференциоии от 2-х источников света

7. Интерференция в тонких пленках.

8. Ннтерференционные приборы и их применение.

9. Принцип Гюйгенса-Френеля.

10. Метод зон Френеля.

11. Явление дифракции. Дифракция Френеля на круглом отверстии.

12. Явление дифракции. Дифракция Френеля на непрозрачном диске.

13. Явление дифракции. Дифракция Фраунгофера на щели.

14. Дифракционная решетка. Главные и дополнительные максимумы и минимумы.

15. Расчет формулы дифракционной решетки

16. Применение дифракционной решетки. Разрешающая способность.

17. Дифракция рентгеновских лучей.

18. Основы голограмм.

19. Дисперсия света.

20. Электронная теория дисперсии света.

21. Поглощение света. Закон Бугера.

22. Естественный и поляризованный свет.

23. Закон Малюса для поляризованного света.

24. Поляризацмя света при отражении. Закон Брюстера.

25. Двойное лучепреломление и его объяснение.

26. Искусственная анизатропия. Эффект Керра.

27. Вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.

28. Тепловое излучение и его характеристики.

29. Закон Кирхгофа для равновесного излучения.

30 Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана.

31. Абсолютно черное тело. Закон смещения Вина.

32. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса.

33. Квантовая теория Планка. Формула Планка.

34. Внешний фотоэффект и его законы.

35. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

36. Модель атома Резерфорда и ее недостатки.

37. Закономерности в спектре излучения атома водорода.

38. Постулаты Бора. Модель атома Бора.

39. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества.

40. Волны де Бройля и их свойства.

41. Соотношение неопределенности Гейзенберга.

42. Волновая функция и её статический смысл.

43. бщее уравнение Шредингера нерелятивистской квантовой механики

44. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.

45. Прохождение частицы через потенциальный барьер.

46. Решение уравнения Шредингера для водородоподобных атомов

47. Квантовые числа, их физический смысл.

48. Пространственное распределение электрона в атоме водорода.

49. Спин электрон. Спиновое квантовое число.

50. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям.

51. Периодическая система Менделеева.

52. Рентгеновские спектры. Природа сплошного и характеристического рентгеновских спектров.

53. Физическая природа химической связи в молекулах. Понятие об энергетических уровнях.

54. Колебательные и вращательные спектры молекул.

55. Спонтанное и вынужденное излучение фотонов.

56. Принцип работы квантового генератора.

57. Твердотельные и газоразрядные лазеры. Их применение.

58. Фононы. Теплоемкость кристаллической решетки.

59. Элементы зонной теории в кристаллах.

60. Энергетические зоны в кристаллах. Валентная и зона проводимости.

61. Заполнение зон: диэлектрики, проводники,

62. Понятие о квантовой статистике Ферми-Дирака. Уровень Ферми.

63. Основы квантовой теории электропроводимости металла. Сверхпроводимость.

64. Собственная проводимость полупроводников.

65. Примесная проводимость полупроводников.

66. Электронные и дырочные полупроводники.

67. Контакт электронного и дырочного полупроводников …

68. Строение атомных ядер. Массовое и зарядовые числа. Нуклоны.

69. Взаимодействие нуклонов. Свойства и природа ядерных сил.

70. Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

71. Правила смещения. α-распад. Взаимопревращения нуклонов при β-распаде. Происхождение γ-излучения

72. Ядерные реакции и законы сохранения.

73. Реакция деления ядер.

74. Цепная реакция деления ядер. Ядерный реактор.

75. Термоядерная реакция и проблемы её управления.

76. Элементарные частицы. Космическое излучение. Взаимопревращаемость элементарных частиц.