Reacție nucleară în lanț. Condițiile de reacție în lanț nuclear

Teoria relativitatii spune ca masa - este o formă specială de energie. Din aceasta rezultă că este posibil să se transforme în masă în energie și energia în masă. La nivel intraatomic, astfel de reacții au loc. În special, o parte din masa nucleului atomic ar putea transforma în energie. Acest lucru se întâmplă în mai multe moduri. În primul rând, miezul poate rupe într-un număr de nuclee mai mici, această reacție se numește „colaps“. În al doilea rând, nucleele mai mici se pot conecta cu ușurință pentru a obține mai mare - această reacție de sinteză. În univers, astfel de reacții nu sunt mai puțin frecvente. Este suficient să spunem că reacția de fuziune - o sursă de energie pentru stele. Dar reacția de degradare folosită de omenire pentru reactoare nucleare, așa cum oamenii au învățat să controleze aceste procese complexe. Dar ceea ce este o reacție nucleară în lanț? Cum să-l gestioneze?

Ce se întâmplă în nucleul unui atom

reacție nucleară în lanț - un proces care rulează în ciocnirile particulelor elementare sau nuclee cu alte nuclee. De ce este un „lanț“? Acest set de reacții nucleare unice secvențiale. Ca rezultat al acestui proces se produce o schimbare a nucleon stare cuantică și compoziția în kernel-ul, apar chiar noi particule - produse ale reacției. reacție nucleară în lanț, din care fizica vă permite să exploreze mecanismele de interacțiune a nucleelor cu nuclee și particule - metoda principală pentru producerea de elemente noi și izotopi. Pentru a înțelege reacția în lanț, trebuie să ne ocupăm mai întâi cu single-ul.

Ceea ce este necesar pentru reacția

Pentru a implementa un astfel de proces, ca reacția nucleară în lanț, este necesar să se aducă împreună particulele (miez și nucleonice două nuclee) la distanța de raza de interacțiune puternică (aproximativ un Fermi). În cazul în care distanțele sunt mari, interacțiunea dintre particule încărcate este pur Coulomb. În reacția nucleară, în conformitate cu toate legile: conservarea energiei, în momentul de impuls, taxa barionic. reacție nucleară în lanț este notat cu simbolurile a, b, o, d. Simbolul a denota un miez de pornire, b - particula de incident, cu - un nou particule emise, și d reprezintă miezul rezultante.

energia reacției

Reacția nucleară în lanț poate avea loc atât cu absorbția și eliberarea de energie, care este egală cu diferența de masă a particulelor după reacție și înainte de aceasta. Energia absorbită determină energia cinetică minimă a unei coliziuni, un așa-numitul prag de reacție nucleară în care se poate circula liber. Acest prag depinde de particulele care participă la interacțiunea, și pe caracteristicile lor. La etapa inițială, toate particulele sunt într-o stare cuantică predeterminată.

reacționând

Principala sursă de particule încărcate care bombardeaza nucleul este acceleratorul de particule, care permite fascicule de protoni, ioni grei și nuclee ușoare. neutronii lenți produs prin utilizarea reactoarelor nucleare. Pentru fixarea particulelor incidente încărcat pot fi utilizate diferite tipuri de reacții nucleare - atât sinteza și degradare. Probabilitatea de ei depinde de parametrii particulelor care intra in coliziune. Din această probabilitate este asociată o astfel de caracteristică, secțiunea transversală a reacției - valoarea suprafeței efective care caracterizează nucleul ca țintă pentru particulele incidente și care este o măsură a probabilității particulelor care intră în nucleu și interacționează. Dacă reacția este însoțită de particule cu o valoare de spin nenul, secțiunea este direct dependentă de orientarea lor. Deoarece partea din spate a particulelor de intrare nu sunt orientate complet la întâmplare, și mai mult sau mai puțin ordonată, toate corpusculii sunt polarizate. Caracterizarea cantitativă a spin-orientată descrie vectorul de polarizare.

Mecanismul de reacție

Ce este o reacție nucleară în lanț? După cum sa menționat deja, este o secvență de reacții mai simple. Detalii ale particulei incidente și interacțiunea acestuia cu nucleul sunt dependente de masa, taxa, o energie cinetică. Interacțiunea determinată de gradul de libertate a nucleelor, care sunt entuziasmați când o coliziune. Obținerea controlului asupra tuturor acestor mecanisme permite un proces cum ar fi reacția în lanț nuclear controlat.

reacții directe

În cazul în care o particulă încărcată care lovește nucleul țintă, doar atinge, durata de coliziune este încă necesară pentru a depăși distanța raza nucleară. Această reacție nucleară se numește direct. O caracteristică comună pentru toate reacțiile de acest tip este inițierea unui număr mic de grade de libertate. În acest proces, după prima particulă de coliziune are încă suficient de energie pentru a depăși atracția nucleară. De exemplu, astfel de interacțiuni, cum împrăștierea neutronilor inelastice, taxa de schimb, și sunt drepte. Contribuția acestor procese în caracteristica numita „secțiune transversală totală“ destul de mizerabil. Cu toate acestea, linia de distribuție a produsului care trece reacție nucleară pentru a determina probabilitatea de emisie a unghiului direcției fasciculului, numerele cuantice stările de selectivitate populate și pentru a determina structura lor.

emisie pre-echilibru

În cazul în care particula nu părăsește domeniul cooperării nucleare după prima coliziune, acesta va fi implicat într-o cascadă de coliziuni succesive. Aceasta este de fapt exact ceea ce se numește reacția nucleară în lanț. Ca urmare, o astfel de situație energia cinetică a particulelor este distribuită între părțile componente ale kernel-ului. Aceeași stare de nucleu va deveni treptat mult mai complicat. In timpul acestui proces, la un nucleon sau un cluster întreg (grup de nucleoni) de energie poate fi focalizată, este suficient pentru emisia unui nucleon din nucleu. În continuare relaxarea va avea ca rezultat un echilibru statistic și formarea unui nucleu compus.

reacții în lanț

Ce este o reacție nucleară în lanț? Această secvență a părților sale constitutive. Ie multiple reacții nucleare singulare consecutive cauzate de particule încărcate apar ca produși de reacție în etapele anterioare. Ceea ce se numește o reacție nucleară în lanț? De exemplu, fisiune de nuclee grele, atunci când mai multe evenimente de fisiune inițiată obținute de neutroni anterioare dezintegrează.

Caracteristici ale unei reacții nucleare în lanț

Dintre toate reacțiile chimice le-a primit lanțul de distribuție largă. Particulele cu conexiunile neutilizate îndeplinesc rolul de radicali liberi sau atomi. In acest proces, ca reacția nucleară în lanț, mecanismul desigur sa ofere neutroni care au bariera Coulomb și excită nucleul asupra absorbției. Dacă mediul apare particula necesar, provoacă un lanț de transformări ulterioare, care vor continua să sciziune lanț datorită pierderii particulelor de purtător.

De ce a pierdut purtător

Există doar două motive pentru pierderea de particule purtătoare de reacții în lanț continuu. Primul este absorbția particulelor fără proces de emisie secundar. Al doilea - lăsând particulele în domeniul de aplicare a substanței care sprijină procesul de lanț.

Două tipuri de proces

Dacă unitatea se naște numai purtător de particule în fiecare reacție în lanț perioadă, atunci acest proces poate fi numit neramificate. Ea nu poate duce la eliberarea de energie pe scară largă. Dacă există mai multe particule purtătoare, se numește o reacție ramificată. Ce este o reacție nucleară în lanț cu ramificare? Unul a primit în actul precedent de particule secundare continua început înainte de lanț, dar ceilalți vor crea noi reacții, care va ramifica, de asemenea, afară. Cu acest proces va fi în competiție procese duce la ruperea. Situația rezultată va da naștere fenomenului critic și marginal specifice. De exemplu, în cazul în care continuitatea mai mult decât lanțurile pur noi, reacția de auto-suport este imposibilă. Chiar dacă introducerea ei excita în mod artificial în numărul mediu dorit de particule, procesul va dispărea în continuare în timp (de obicei destul de repede). În cazul în care numărul de lanțuri noi va depăși numărul de întreruperi, reacția în lanț va începe să se răspândească prin materialul.

stare critică

O regiune critică este separată condiție stări de reacție în lanț autoîntreținută materie avansată și regiunea în care această reacție nu este posibilă deloc. Acest parametru se caracterizează prin egalitate între numărul de circuite noi și numărul de posibile întreruperi. Deoarece prezența stării critice purtătoare fără particule este elementul principal într-o listă de „condiții de reacție nucleară în lanț.“ Realizarea acestei condiții poate fi determinată de un număr de posibili factori. Împărțind element de nucleu greu este excitat de un singur neutron. Ca rezultat al acestui proces, ca o reacție în lanț de fisiune nucleară, există mai mulți neutroni. Prin urmare, acest proces poate produce reacție în cazul în care purtătorii și neutroni va acționa ramificată. În cazul în care rata de neutroni capturează fără diviziune sau abateri (rata de pierdere) vor fi compensate particule purtătoare de reproducere de viteză, reacția în lanț se va proceda într-un mod staționar. Această ecuație descrie factorul de multiplicare. În cazul în care este egal cu unitatea de mai sus. În energia nucleară datorită introducerii de feedback negativ dintre rata de eliberare a energiei și a factorului de multiplicare poate fi realizat controlul reacțiilor nucleare. Dacă acest raport este mai mare decât unu, atunci reacția se va dezvolta exponential. reacție în lanț Necontrolate utilizate în arme nucleare.

reacție nucleară în lanț în sectorul energetic

Reactivitatea reactorului este determinată de un număr mare de procese care au loc în zona sa activă. Toate aceste influențe sunt determinate de așa-numitul coeficient de reactivitate. Influența modificărilor de temperatură de tije din grafit, coolants sau reactivitatea uraniului din reactor și intensitatea procesului de percolare, cum ar fi o reacție în lanț nuclear, caracterizat prin coeficientul de temperatură (pentru lichidul de răcire, uraniu, pe grafit). Există, de asemenea, o dependență de caracteristicile de putere, în funcție de indicatori barometrice parametrilor de abur. Pentru a menține reacția nucleară în reactor este necesar transformarea unui element în altul. Pentru aceasta este necesar să se ia în considerare condițiile de curgere ale reacției în lanț nuclear - prezența unei substanțe care este capabil să împartă și să se aloce din dezintegrarea unui număr de particule elementare, care, în consecință, va determina restul miezurilor diviziune. Ca o astfel de substanță este utilizată adesea uraniu-238, uraniu-235, plutoniu-239. În timpul trecerii lanțului nuclear izotopilor de reacție ale acestor elemente se vor dezintegra și să formeze două sau mai multe alte substanțe chimice. In acest proces, este emis așa-numitul „gamma“ razelor y, o eliberare intensă de energie, sunt formate două sau trei neutroni acționează capabile să continue reacția. Distinge între neutronii lenți și rapizi, pentru că, în scopul de a nucleul atomului dezintegrat, aceste particule ar trebui să zboare la o anumită viteză.