Детская энциклопедия

Меню сайта











Атомный реактор

Когда говорят об атомном реакторе, невольно представляешь себе огромное здание электростанции (рис. 1), тысячетонную бетонную защиту, сложнейшую автоматику и обязательно высоченную трубу для сбро­са слегка радиоактивных газов в атмосферу. Между тем первые реакторы выглядели далеко не так мону­ментально. И в современных реакторах главное не тех­нические детали и не размеры.

Первоначально в английском языке атомный реак­тор назывался «pile», т. е. куча, штабель. Первые атомные реакторы действительно больше походили на шта­бели из графитовых кубиков, чем на современные слож­нейшие сооружения. Но как в первом примитивном автомобиле уже был мотор, так и в этих первых шта­белях урана и графита уже тлела цепная ядерная реакция.

Резерфорда, сделавшего немало открытий в обла­сти радиоактивности, однажды спросили, какой прак­тический интерес могут представить его открытия. И великий ученый ответил: «Ровно никакого». Но вот в 1932 г. Джемс Чэдвик открыл нейтрон. Это был ключ почти ко всем атомным ядрам. В 1935 г. Фредерик Жолио-Кюри, получая Нобелевскую премию за откры­тие искусственной радиоактивности, сказал: «Мы от­даем себе отчет в том, что ученые, которые могут созда­вать и разрушать элементы, способны также осуществ­лять ядерные реакции взрывного характера».

Ученые долго не замечали способность ядер урана делиться. Ведь все другие элементы, облучавшиеся нейтронами, превращались в более тяжелые ядра, поэтому предполагалось, что и уран должен себя вести так же.

С 1935 по 1938 г. ученые пытались разобраться в сложных радиоактивных превращениях при облучении урана нейтронами. Летом 1938 г. Ирен Жолио-Кюри и Павле Савич установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникает вещество, очень похожее на лантан. В конце 1938 г. немецкие ученые Отто Ган и Фредерик Штрассман неопровержимо доказали, что при атом образуется барий, т. е. элемент, гораздо более легкий, чем уран. Барий и лантан могли получиться из урана только в результате деления его атомов; так было открыто деление ядер урана. Делиться так могут только ядра тяжелых атомов: тория, урана, плутония.

Посмотрите, что происхо­дит с крупными каплями, па­дающими с крыши. Мелкие капли лишь пульсируют под напором встречного воздуш­ного потока, а самые крупные быстро вытягиваются, стано­вятся похожими на несиммет­ричную гантель с перетяжкой и разделяются на две или не­сколько дочерних капель. То же самое происходит с круп­ными ядрами (рис. 2). Попав­ший в ядро нейтрон образует возбужденное ядро, оно ста­новится неустойчивым и рас­падается на две, а в редких случаях и на три части. Де­ление ядер могут вызвать не только нейтроны. Очень быст­рые протоны или электроны, g-лучи с высокой энергией также могут вызвать деление ядер. Если налетающая части­ца обладает энергией в сотни миллионов электрон-вольт, она может вызвать деление даже легких ядер, например ядер атомов кислорода. В наше вре­мя уже можно вызвать деле­ние почти любого ядра.

Между делением тяжелых и легких ядер очень большая разница: уран делится нейтро­нами, обладающими ничтожной тепловой энергией, но при этом высвобождается громадная энергия — 200 млн. электрон-вольт от каждого разделившегося ядра!

Чем меньше атомный вес элемента, тем больше энергии надо затратить, чтобы разделить его ядро. При делении ядра в атоме серебра выигрыш в энергии сокращается до нуля. Деление ядра в элементах с небольшим атомным номером даст уже не выигрыш, а проигрыш в энергии.

В средней части таблицы Менделеева существует область наиболее устойчивых стабильных атомных ядер. Для более тяжелых ядер энергетически выгодно распадаться на более легкие, а для более легких — соединяться в более тяжелые ядра. .

На рисунке 3 изображен график энергии связи для каждой частицы всех устойчивых изотопов менделе­евской таблицы. Величина энергии связи равна работе, которую надо затратить, чтобы разложить систему на ее составные части. По этому графику можно рассчи­тать, какое количество энергии выделяется или погло­щается при ядерном превращении.

Например, для урана-235 энергия связи на один нуклон равна 7,6•106 эв (электрон-вольт), значит, пол­ная энергия связи ядра U235 равна 7,6•106•235»1,8•109 эв. Для ядра, массовое число которого (число нуклонов в ядре) около 120, энергия связи на один нуклон равна 8,5•106 зв и полная энергия связи такого ядра равна 109 эв.

Теперь легко подсчитать, что при делении ура­на-235 на два равных осколка выделится энергия 2•109 эв — 1,80•109 эв 2•108 эв.

Этот же график показывает, что легким ядрам вы­годно соединяться в более тяжелые. Это именно и происходит при термоядерных процессах.

Сразу же после того, как было открыто деление урана, физики установили, что оно интересно не толь­ко очень большой выделяю­щейся энергией, но и тем, что при делении возникают вторичные нейтроны. Если, например, разделить ядро 92U238 пополам, получается два ядра палладия 48Pd119. Но в природе существуют только изотопы палладия с массовым числом не более 110. Значит, в каждом из получившихся ядер по 6 «лишних» нейтронов. Эти ядра палладия (осколки де­ления) будут радиоактив­ны, а часть нейтронов мо­жет при делении сразу же быть отброшенной. Так оно и происходит на самом де­ле. При делении ядер ура-на-235 отбрасываются в среднем 2,5 нейтрона, «не уместившихся» в разлетаю­щихся осколках.

Как только были от­крыты вторичные нейтроны, стало ясно, что при деле­нии урана возможна цеп­ная реакция. Ведь если один нейтрон вызовет одно деле­

ние, то следующие 2,5 ней­трона вызовут 2,5 деления и т. д.! Можно было пред­положить, что стоит взять достаточно большой кусок чистого урана (чтобы доля улетающих наружу нейтро­нов была невелика), и цеп­ная реакция приведет его к взрыву.

Если бы оказалось так, то атомная бомба была бы создана уже в 1939 г. Но ученые установили, что лишь один природный изо­топ урана — уран-235 де­лится при попадании в него любых нейтронов, а этого изотопа в природном уране лишь 0,7% . Основная масса урана — уран-238 делится лишь под действием «быст­рых» нейтронов, энергия ко­торых более миллиона элек­трон-вольт и скорость более 14 000 км/сек. У вторичных нейтронов, испускаемых де­лящимися ядрами, более высокая энергия. Они мог­ли бы делить и уран-238, но природа подстроила им «ловушку». При столкнове­нии с атомами урана у нейтронов гораздо больше шансов возбудить их и отдать им часть своей энергии, чем разделить. Поэтому в уране-238 вторичные нейтроны хоть и могут вызвать деления, но в небольшом количестве. Цепная реакция развиваться в нем не будет.

КАК И ИЗ ЧЕГО ВЕЩЕСТВО ПОСТРОЕНО
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ 

Молекулы и атомы 
Внутриатомные частицы 
Космические лучи 
Ускорители 
Превращения элементарных частиц 
Множественное рождение частиц       Время жизни и период полураспада нейтрона 
Частицы и волны 
Испускание света и рождение частиц  
Тяжелые, средние и легкие частицы 
Частицы-волчки 
Частицы и античастицы                         На переднем крае науки 
"Отшельники" и "общественники" 
Неуловимая частица                         Свойства частиц и свойства пространства-времени
Квантование полей и пи-мезоны            Нейтрино и антинейтрино   
Рождение, жизнь и смерть химических элементов 
Урановые лучи 
Полшага до открытия радиоактивности
Три вида лучей                                          Превращение фотона
Из металла газ 
Упорядоченный хаос                                О теории и практике в науке  
Элементы первичные и вторичные 
Что такое радиоактивность? 
"Я вижу атом"
Азот превращается в кислород 
Нейтрон и новая модель атома 
Цепь великих открытий 
Искусственные элементы 
Земная жизнь искусственных элементов 
Как объясняется радиоактивность современной наукой? 
Управляемый радиоактивный распад 
Сколько видов радиоактивных превращений существует? 
Гамма-лучи 
Коротко о нуклонах  
Маленькая интермедия  
Почему светят звезды? 
"Весь мир за пятнадцать минут"  
Ключ дает технеций 
От гелия до висмута 
Рождение и гибель сверхновых звезд 
Атомный реактор 
Жизнь нейтронов в реакторе 
Критическая масса реактора 
Регулировка мощности атомного реактора 
Запаздывающие нейтроны 
Превращение элементов в атомном реакторе 
Действие радиоактивных излучений на материалы атомного реактора
Переработка атомного горючего           ТЭС-3--Самоходная атомная электростанция
Различные атомные реакторы               "Ромашка"--Реактор-термоэлектрогенератор 
Как видят невидимое (приборы ядерной физики)
Столовый прибор 
Туман помогает видеть 
Частица-фотограф 
Счетчики Черенкова 
Пузырьковая камера 
Искровые счетчики





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016