ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Использование ядерных реакторов для получения радиоактивных изотопов из "Новые элементы в периодической системе Д И Менделеева" Исследование деления урана положило начало работам, связанным с атомной энергией. Выше мы говорили, что при ядерных реакциях — например при образовании ядра гелия из протонов и нейтронов — может высвобождаться огромная энергия. Однако все идущие с выделением энергии реакции, изученные до деления урана,не могли быть использованы в качестве источников энергии. Для протекания этих реакций нужно было непрерывно поставлять бомбардирующие частицы, а вероятность превращений была столь мала, что не могла итти ни в какое сравнение с затратами энергии, необходимыми для ускорения исходных частиц. [c.77] Принципиальное различие деления урана (при котором тоже высвобождается большая энергия) от всех этих реакций состоит в том, что при таком делении наряду с осколками, испускаются два или три нейтрона, т. е. вновь появляются те самые частицы, которые вызвали первый акт превращения, да еще к тому же в большем количестве (рис. 25). [c.77] Это замедление происходит очень малы.мн порциями, потому что ядра урана гораздо тяжелее нейтронов, и при каждом столкновении нейтроны теряют очень малую величину энергии. Вследствие этого, огромное большинство нейтронов попадает, по мере замедления, в область энергий, соответствующую поглощению ядрами и поглощается. На этом реакция и заканчивается (рис. 26). [c.80] Чтобы осуществить незатухающую цепную реакцию деления урана, можно итти двумя путями. [c.80] Режимом работы реакторов можно управлять при помощи разных материалов, эффективно поглощающих медленные нейтроны. К числу таких материалов относится, в частности, кадмий. Если вдвинуть внутрь реактора кадмиевые стержни, концентрация нейтронов резко падает и цепная реакция останавливается. При выдвинутых стержнях происходит развитие цепной реакции, ускоряемой или замедляемой переменой положения стержней. [c.83] Схема ядерного реактора, в котором в качестве замедлителя используется тяжелая вода, изображена па рис. 28. [c.83] В центре реактора, в чане с тяжелой водой расположены стержни из урана. Изотоп содержащийся в этих стержнях, обеспечивает развитие цепной реакции, а изотоп захватывает замедленные тяжелой водой нейтроны, образуя сперва а затем — после двух актов р-распада — изотоп плутония Ри . [c.83] Однако, хотя соотношение между количеством радиоактивных продуктов и количеством исходного урана весьма мало, тем не менее, ядерные реакторы позволяют накапливать миллиграммы и даже граммы различных радиоактивных изотопов. При этом удобнее, конечно, производить накопление изотопов с большими периодами полураспада, ибо в противном случае быстро наступает равновесие, как и в естественных радиоактивных рядах распада, и в единицу времени распадается столько же атомов радиоактивного изотопа, сколько их образуется вследствие работы реактора. [c.85] На ускорителях достижим гораздо меньший выход радиоактивных продуктов. Первой тому причиной является гораздо меньшая вероятность ядерных реакций, протекающих под действием заряженных частиц, по сравнению с реакциями под действием медленных нейтронов. В качестве величины, определяющей вероятность ядерных реакций, в ядерной физике используется так называемое поперечное сечение ядра относительно данной реакции (или, проще, сечение реакции). [c.85] Выше мы говорили, что радиусы атомных ядер Н примерно в 100 000 раз меньше радиуса атома. Даже для самых тяжелых ядер радиус Я не превышает 10 см. Отсюда следует, что площадь геометрического поперечного сечения ядра — геометрическое сечение тг — должно быть порядка 10 24 Сечения ядерных реакций, протекающих под действием заряженных частиц, никогда не превышают геометрических сечений, а большей частью значительно меньше, чем 10 см , и обычно лежат в интервале 10 27— ю-25 см . [c.85] Если известно поперечное сечение ядра относительно исследуемой реакции, выражаемое в единицах площади — см — и обозначаемое обычно греческой буквой о (сигма), известен поток падающих ежесекундно на мишень бомбардирующих частиц Я (1/сек) и толщина бомбардирующей мишени (в числе ядер на 1 см ) N (1/см-), то можно определить ежесекундное число актов ядерного превращения Л == ЯЛ о 1/сек. [c.86] Как уже сказано, сечения реакций, вызываемых медленными нейтронами, гораздо выше сечений реакций, идущих под действием заряженных частиц. Этот факт дает важное преимущество получению разнообразных изотопов при помощи нейтронов. [c.86] Другим преимуществом нейтронных реакций является возможность использования бомбардируемых мишеней большой толщины. В самом деле, нейтроны, вследствие отсутствия электрического заряда, не взаимодействуют электрически ни с атомными ядрами, ни с электронами атомных оболочек и могут проходить поэтому сквозь толстые слои вещества. Заряженные же частицы, проходя через вещество, непрерывно теряют энергию в результате взаимодействия с электронами атомов среды, т. е. затрачивают энергию на ионизацию атомов среды. Поэтому пробег заряженных частиц в веществе гораздо меньше пробега нейтронов. Потеряв энергию в результате ионизующих столкновений, заряженные частицы останавливаются и превращаются, захватив электрон, в нейтральные атомы. [c.86] Очевидно, что ядерные реакторы значительно бо лее эффективны для получения радиоактивных изотопов и что поэтому те изотопы, которые образуются в результате работы ядерных реакторов, могут быть приготовлены в гораздо больших количествах, чем изотопы, единственным источником получения которых являются реакции под действием заряженных частиц. [c.87] Ядерные реакторы, выделяющие огромные количества тепла и позволяющие получить относительно большие количества радиоактивных изотопов, имеют, несомненно, большую будущность в деле мирного использования атомной энергии. [c.87] Вернуться к основной статье