Деление ядер. Цепная реакция деления

Рис. 26. Схема цепной реакции деления Часть вторичных нейтронов захватывается ядрами

Рассмотрим работу реакторов на тепловых нейтронах. Под действием тепловых нейтронов (с энергией 0,025 эв) уран-238 и торий-232 не делятся, а уран-235 делится. При каждом делении ядра урана-235 испускается в среднем 2,46 нейтрона. При захвате нейтронов ядрами урана-235 не всегда происходит деление параллельно может происходить простое поглощение нейтронов с образованием ядер урана-236. Вероятность деления определяется отношением сечения деления (580 барн) к полному сечению захвата (687 барн) [2]. Отсюда следует, что только часть образующихся при каждом делении 2,46 нейтронов, равная 580 687 = = 0,8444, или 2,08 нейтрона, участвует в дальнейшей цепной реакции, а 15,56% нейтронов поглощаются ядрами урана-235 с образованием ядер урана-236. Такой выход нейтронов получается только при делении чистого изотопа урана-235. В природном уране или в обогащенном уране с любой другой концентрацией урана-235 число нейтронов, продолжающих цепную реакцию, уменьшается в результате их поглощения ураном-238. В этом легко убедиться, исходя из макроскопических сечений поглощения нейтронов. Макроскопическое сечение поглощения нейтронов для смеси изотопов урана выражается формулой [c.8]

При использовании слабо обогащенных материалов гетерогенные систем1л более приемлемы (если не единственно возмол ны). В гомогенных системах, использующих природный уран в смеси с любым из известных замедлителей, единственным исключением из которых является тяжелая вода, не может быть обеспечена самоподдерж вающаяся цепная реакция, так как эти замедлители обладают большим сечением захвата нейтронов. Такие хорошие замедлители, как графит, бериллий (окись бериллия), обычная вода, требуют применения обогащенного ядерного горючего, а при работе на природном уране необходимо применение гетерогенной структуры. Блочное рас-нолол енне ядерного горючего обеспечивает лучшее использование имеющихся нейтронов, так как в этом случае улучшается возмон(ность поддержания ценной реакции. Нейтроны деления, возникающие в системе с энергией порядка нескольких мегаэлектронвольт, в результате упругих и неупругих столкновений с окружающими ядрами замедляются до тепловых скоросте . Если изобразить энергетическое распределение нейтронов как функцию энергии, то окажется, что основная масса нейтронов сосредоточена в сравнительно узком энергетическом интервале. Целесообразно ввести понятие средняя энергия нейтронов в реакторе . [c.18]

Для того чтобы началась реакция ядерного синтеза, необходимо достичь температуры порядка миллиона градусов. Поскольку единственным известным в настоящее время средством достижения таких температур являются реакции ядерного деления, для возбуждения реакции водородного синтеза используется атомная бомба, основанная на реакции деления. Это обстоятельство делает маловероятным проведение самоподдерживающейся цепной реакции ядерного синтеза (термоядерной реакции), управляемой подобно тому, как это осуществляется в ядерном реакторе для реакций деления . Предполагается, что энергия, вьщеляемая звездами и в их числе нашим Солнцем, образуется в результате реакций ядерного синтеза, аналогичных указанным выше реакциям. В зависимости от возраста и температуры звезды в таких реакциях могут принимать участие ядра углерода, кислорода и азота, а также изотопы водорода и гелия. [c.437]

Ядро при поглощении нейтрона образует для которого энергия связи нейтрона равна 5,5 МэВ, а порог деления — 7,1 МэВ. Вообще, — единственный природный изотоп, способный поддерживать цепную реакцию деления. [c.116]

Сечение деления ядра в реакции (13.1.2) сильно растёт с уменьшением энергии нейтрона. Поэтому для создания более благоприятных условий развития цепной реакции (и уменьшения критической массы топлива) в реакторе применяют замедлители нейтронов, которые изготовляются из [c.117]

Бурно развивающаяся за последние годы химия полимеров создает новые синтетические материалы, неизвестные в свободном состоянии, обладающие замечательными свойствами. Применение этих материалов приводит к радикальной перестройке буквально во всех ведущих областях современной промышленности. Уже возникло производство новых строительных материалов. Открылись новые перспективы для развития сельского хозяйства, для создания неограниченного ассортимента предметов широкого потребления. Новейшая физика, изучая атомное ядро, открыла цепную реакцию деления и термоядерный процесс, который нигде на земле не совершается естест- [c.327]

На один затраченный нейтрон образуется 2—3 новых нейтрона, которые могут бомбардировать другие ядра урана и порождать все возрастающее деление ядер. Возникает цепная реакция деления ядер урана, что имеет место в атомной бомбе. Выделение энергии (при распаде [c.72]

Термоядерный синтез основан на соединении атомных ядер в более сложные. Обычно два очень легких ядра образуют одно ядро с большей массой и очень большой устойчивостью. При этом выделяется колоссальная энергия. Однако термоядерные реакции требуют очень высоких температур — порядка миллиона градусов. Достижение таких температур осуществляется цепной реакцией деления и или-мФи. На использовании этих реакций основана термоядерная (водородная) бомба. [c.72]

Возглавлял всю эту работу Ферми, который в 1938 г. покинул Италию и поселился в США. Второго декабря 1942 г. атомный реактор, работавший на уране, оксиде урана и графите, был приведен в критическое состояние . В нем поддерживалась цепная реакция, и в результате деления атомного ядра урана была получена энергия. [c.178]

Деление урана потенциально представляет собой цепную реакцию, потому что оно сопровождается высвобождением трех нейтронов в расчете на каждый нейтрон, используемый для инициирования деления ядра. В природном уране содержится лишь небольшое количество ко- [c.426]

Ферми открыл возможность цепной реакции деления ядра урана. Это привело его к идее создания атомного реактора. Первый в мире атомный реактор был построен под руководством Ферми в 1942 г. на стадионе в Чикаго. [c.168]

При поглощении одного нейтрона делящееся ядро урана излучает 2,2 нейтрона. Поэтому достаточно большая масса урана-235 способна под воздействием нейтронов собственного самопроизвольного (спонтанного) деления поддерживать цепную реакцию. [c.147]

Еще одна особенность реакции расщепления - образование двух или трех нейтронов при делении каждого ядра. Поскольку образовавшиеся нейтроны могут действовать как бомбардирующие ядра, расщепляя другие атомы, возникает целая цепь реакций. Поэтому весь процесс называется цепной реакцией. [c.338]

Наряду с рассмотренными выше реакциями, механизм которых сравнительно прост, существуют также реакции, в которых взаимодействие осуществляется более сложным путем. Примером подобных реакций являются цепные реакции, которые имеют исключительно большое значение в химической технологии, так как на них основаны такие процессы, как полимеризация, крекинг нефти, деление атомного ядра. [c.149]

Первая ядерная реакция, которую применили для получения энергии, представляет собой реакцию деления ядра 92 и под действием проникающего в ядро нейтрона. При этом образуются два новых ядра — осколка близкой массы, испускается несколько нейтронов (так называемые вторичные нейтроны) и освобождается огромная энергия при распаде 1 г 92 выделяется 7,5 10 кДж, т. е. больше, чем при сгорании 2 т каменного угля. Вторичные нейтроны могут захватываться другими ядрами и, и свою очередь, вызывать их деление. Таким образом, число отдельных актов распада прогрессивно увеличивается, возникает цепная реакция деления ядер урана. [c.95]

Не все вторичные нейтроны участвуют в развитии этого цепного процесса некоторые из них успевают вылететь за пределы куска урана, не успев столкнуться с ядром способного к делению изотопа. Поэтому в небольшом куске урана начавшаяся цепная реакция может оборваться для ее непрерьшного продолжения масса куска урана должна быть достаточно велика, не меньше так называемой критической массы. При делении урана цепной процесс может приобрести характер взрыва именно это и происходит при взрыве атомной бомбы. Для получения же управляемой реакции деления необходимо регулировать скорость процесса, меняя число нейтронов, способных продолжать реакцию. Это достигается введением в реакционный объем стержней, содержащих элементы, ядра [c.95]

Кинетическим закономерностям газовых цепных реакций подчиняются многие взрывные процессы и, в частности, один из важнейших процессов — деление атомных ядер под действием нейтронов. Нейтроны освобождаются при делении ядер урана-235. Это объясняется тем, что в ядрах атомов тяжелых элементов отношение числа нейтронов к числу протонов больше, чем в ядрах атомов элементов средней массы, образующихся [c.62]

Для того чтобы происходила цепная ядерная реакция, образец делящегося вещества не должен быть слишком мал, иначе нейтроны покинут его прежде, чем у них появится возможность столкнуться с каким-либо ядром и вызвать процесс деления. Если слищком большое количество нейтронов покидает образец делящегося вещества, цепная реакция обрывается. В таком случае масса образца называется подкритической. Если масса образца достаточно велика, чтобы в нем поддерживалась цепная реакция с постоянной скоростью деления, такая масса называется критической. Эго возможно в том случае, если после каждого акта деления только один нейтрон может вызвать новый акт деления. Образец еще большей массы удается покинуть лишь немногим нейтронам. В этом случае по мер е развития цепной реакции число делений все множится реакция протекает в надкритической области. Различия в характере протекания реакции ядерного деления в зависимости от того, является ли масса образца подкритической, критической или надкритической, схематически иллюстрируются рис. 20.13. На рис. 20.14 показан один из способов создания надкритической массы делящегося вещества в атомной бомбе. Для этого с помощью химических взрывчатых веществ быстро соединяют две подкритические массы, в результате чего образуется надкритическая масса. Как видно, принципиальная схема устройства такой бомбы очень проста. Делящиеся вещества, вообще говоря, доступны любому государству, где имеются атомные реакторы, что уже привело к распространению атомного оружия среди мно- [c.268]

В ходе исследования различных ядерных реакций было установлено, что ядра некоторых тяжелых элементов способны делиться. В 1939 г. было обнаружено, что при бомбардировке урана нейтронами происходит деление ядра на два новых, причем процесс сопровождается вылетом вторичных нейтронов и выделением колоссальной энергии. Выделение при реакции вторичных нейтронов позволило осуществить цепной процесс распада ядра урана и разработать технологию получения атомной энергии. [c.22]

Для расширения энергопроизводства используют многие природные явления солнечную радиацию, теплоту вод океана и земных недр, силу рек, приливов и отливов, океанских те- чений, высотных воздушных потоков, невозобновляемые природные виды топлива (уголь, нефть, газ) и возобновляемые (биомасса растений), теплоту микробиологической утилизации органи- ческих отходов, фотосинтез, цепные реакции деления атомного ядра и термоядерный синтез. И хотя доля нетрадиционных источников энергии непрерывно растет, 95% всех энергетических потребностей мира пока удовлетворяется за счет сжигания углеродсодержащих природных ископаемых (нефть, газ и уголь). По оценке специалистов к 2020 г. их доля в мировом балансе будет составлять половину всех энергозатрат. [c.77]

Реакции деления могут быть цепными реакциями. Такие реакции инициируются нейтронами. Ядро например, может соединиться с нейтроном и дать Этот изотоп неустойчив и подвергается само- [c.629]

Производство плутония осуществляется при помощи контролируемой цепной реакции. В обычном уране содержится 0,71% изотопа Случайный нейтрон, сталкиваясь с одним из таких атомов, вызывает его деление, сопровождающееся освобождением некоторого числа нейтронов. Однако в небольшом куске урана цепная реакция не возникает, поскольку часть нейтронов уходит во внешнюю среду или поглощается содержащимися в металлическом уране примесями, такими, как кадмий, ядра которого очень легко соединяются с нейтронами. [c.631]

СКОЛЬКО частей. При этом делении высвобождается большое количество энергии (примерно 200 Мэе при расщеплении одного ядра). Продукты деления образуют по крайней мере два-три нейтрона, способные в определенных условиях вызвать дальнейшее деление ядер урана. Однако они могут также принимать участие в нежелательных реакциях (могут быть поглощены или покидают систему). Следовательно, обязательным условием поддержания цепной реакции в реакторе является выделение каждым расщепленным ядром хотя бы одного нейтрона для деления следующего ядра. Условие поддержания процесса деления характеризуется коэффициентом размножения нейтронов реактора, т. е. отношением числа всех образующихся при делении в определенном поколении нейтронов к числу нейтронов предыдущего поколения, вызвавшего это деление. [c.549]

Для расширения энергопроизводства используют многие при-I. родные явления солнечную радиацию, теплоту вод океана и земных недр, силу рек, приливов и отливов, океанских те-чений, высотных воздушных потоков, невозобновляемые природ-р ные виды топлива (уголь, нефть, газ) и возобновляемые (биомасса растений), теплоту микробиологической утилизации органических отходов, фотосинтез, цепные реакции деления атомного ядра и термоядерный синтез. И хотя доля нетрадиционных источников энергии непрерывно растет, 95% всех энергетических по- [c.77]

Прн цепных реакциях деления тяжелых ядер происходит эстафетная передача пейтрэиов от одного делящегося ядра к другому. Последние работы Я. Б. Зельдовича и А. Д. Сахарова [4] ставят вопрос о возможности существования эстафетных мезонных цепей при образовании гелия из водорода. Еще крупнее эстафетные частицы, встречающиеся при кристаллизационных и топохимических реакциях. Так, при кристаллизации в растворах часто наблюдается отрыв от поверхности растущего кристалла с распространением по объему мельчайших кристаллических зародышей твердой фазы, делающихся новыми центрами кристаллизации . Ю. Б. Харитон с сотрудниками в свое время показали [5] возможность передачи разложения азида свинца от кристаллика к кристаллику аэрозольными частицами, разбрасываемыми во все стороны при распаде,— это микрогетерогенные цепи. [c.374]

Цепная реакция деления тяжёлых ядер. Исторически раньше спонтанного О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто вынужденное деление ядра урана под действием налетевшего нейтрона. Это явле- [c.114]

При взрыве ядерных устройств в них происходит цепная реакция деления тяжелых атомных ядер, часто эта реакция сочетается со слиянием легких атомных ядер. Индивидуальный акт деления тяжелого ядра или слияния двух легких ядер длится 10" — 10" сек. Практически вся реакция в ядерном устро11стве занимает 10 сек. При взрыве развивается такая высокая температура, что разрушаются все химические связи, происходит частичная, а у некоторых атомов и полная ионизация. Все устройство целиком превращается в пар, состоящий из нейтральных и ионизованных атомов. На этой первоначальной стадии возникает огненный быстро расширяющийся шар. Из-за высокой температуры плотность газа в огненном шаре значительно ниже плотности приземного слоя воздуха. Это ведет к быстрому подъему огненного-шара до такой высоты, где его плотность уравнивается с плотно стью окружающего воздуха. Быстрый подъем шара создает на его пути область разрежения, в которую с большой скоростью врываются более плотные массы воздуха снизу. Создается мощный восходящий поток в виде вертикального столба—ножки гриба [251, 252]. [c.154]

Цепными реакциями являются реакции деления ядер 2зэр и В процессе деления ядра урана или плутония, вызванного захватом нейтрона, происходит выделение некоторого числа (от двух до трех) нейтронов. Выделяющиеся нейтроны захЕ ЭТЫваются другими ядрами урана илн плутония, и при определенных условиях происходит деление последних. Каждый нейтрон может вызвать деление одного ядра урана или плутония. Поэтому число нейтронов, возникающих в результате деления, возрастает в геометрической прогрессии. Таким образом, если преобладающее число нейтронов деления может быть использовано для новых актов деления, наблюдается лавинообразное нарастание числа делящихся атомов и, следовательно, числа нейтронов и количества выделяющейся энергии, т. е. при этом происходит типичный разветвленный процесс, в котором роль промежуточного вещества играют нейтроны. Этот процесс и используется при получении атомной энергии. [c.205]

Отметим, что при делении ядер образуются нейтроны, которые могут бомбардировать другие ядра урана. Раз начавшись, реакция продолжается сама. Выделение энергии может тогда носить взрывной характер, как в случае атомной бомбы. И наоборот, ее можно контролировать, как в атомных реакторах смешивают деляш,ееся веш,ество с замедлителем — тяжелой водой или графитом,— который замедляет нейтроны и увеличивает, таким образом, вероятность их захвата другими делящимися ядрами. В реакторы вводят кадмиевые стержни, обладающие свойством поглощать нейтроны, что позволяет контролировать скорость этих цепных реакций. [c.46]

Второй путь осуществления незатухающей цепной реакции состоит в замедлении нейтронов, выделякмцихся при делении. Реакция захвата замедленных нейтронов ядрами и маловероятна, и, таким образом, большая часть нейтронов расходуется на взаимодействие с ядрами и . [c.88]

Цепные реакции — химические и ядерные реакции, в которых появление активной частицы (свободного радикала или атома в химических, нейтрона в ядерных процессах) вызывает большое число (цепь) последовательных превращений неактивных молекул или ядер. Свободные радикалы или атомы в отличие от молекул обладают свободными ненасыщенными валентностями (непарным электроном), что приводит к легкому нх взаимодействию с исходными молекулами. Прн первом же столкновении свободного ради кала (R ) с молекулой происходит р азрыв одной из валентных связей последней, и, таким образом, в результате реакции образуется новая химическая связь и HOBiiin свободный радикал, который в свою очередь реагирует с другой молекулой — происходит цепная реакция. В ядерных Ц. р. активными частицами являются нейтроны, так как они, не обладая зарядом, беспрепятственно сталкиваются с ядрами атомов и вызывают ядерпуюреакцию (деление ядер). КЦ. р. (в химии) относятся процессы окисления (горение, взрыв), крекинга, полимеризации и др., широко применяющиеся в химической и нефтяной промышленности. Изучение Ц. р. ядерной физики имеет большое значение для использования атомной энергии. Церезин — очищенный озокерит. [c.153]

Статьи Гана и Штрассмана, Мейтнер и Фриша знаменовали новый этап в изучении свойств урана. После их появления цепная реакция познания элемента № 92 набрала силу. Почти во всех физических лабораториях мира ставились опыты по расщеплению уранового ядра. Многие ученые подтвердили правильность выводов Мейтнер и Фриша, Одним из первых был Фредерик Жолио. Французский физик нанес на поверхность фольги тонкий урановый слой и поместил получившуюся мишень в счетчик заряженных частиц. Когда к счетчику подносили источник нейтронов, возникали мощные импульсы осколки деления ионизовали газ, которым была заполнена камера счетчика. По степени ионизации определили энергию осколков. Она оказалась огромной при делении одного атома урана высвобождалось примерно 200 млн. эв — столько же энергии освобождается при окислении нескольких миллионов атомов углерода. [c.355]

Н. Н. Семенов показал вероятность существования эстафетных бирадикальных цепей, при которых в виде эстафеты передаются сразу два неспаренных электрона [2], а также возможность экситонных цепей (в полимеризационных процессах), при которых эстафетно передается энергия возбуждения [33]. Прото-литический кислотно-основной катализ в растворах протекает как своеобразная протонная эстафета, так как реакционноспособными являются комплексы присоединения АН , получающиеся при переходе Н от катализатора В — Н к исходной молекуле А. Поскольку протонная форма катализатора В — Н многократно возрождается и многократно образует новые протонные комплексы АН , сходство таких каталитических процессов с цепными реакциями очевидно [32] Прицепных реакциях деления тяжелых ядер происходит эстафетная передача нейтронов от одного делящегося ядра к другому. Еще крупнее эстафетные частицы, участвующие в некоторых кристаллизационных и топохими-ческих реакциях. Так, при кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов часто наблюдается бурное развитие процесса, которое происходит благодаря отрыву от поверхности растущих кристаллов (с распространением по объему н идкости) невидимых мельчайших кристаллических зародышей, вызывающих индуцированную кристаллизацию на заметных расстояниях от исходных кристаллов. Ю. Б. Харитон и сотр. [34] в свое время показали, что возможно инициирование разложения нетронутых кристаллов азида свинца аэрозольными частицами, разбрасываемыми первыми разлагающимися кристаллами азида. В этом случае эстафета является микрогетерогенной [32]. [c.498]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология