Детская энциклопедия

Меню сайта











Жизнь нейтронов в реакторе

Если бы мы захотели вскипятить чайник, зажигая под ним спички одну за другой, то напрасно потеря­ли бы время; точно с таким результатом можно облу­чать небольшой кусок урана нейтронами: будет проис­ходить большое количество делений, но кусок урана не только но взорвется, а даже не нагреется. Ведь для выделения тепловой мощности всего в один ватт в уране должно происходить ни много ни мало 3,1•1010 де­лений в секунду!

Чтобы получить в атомном реакторе от реакции деления большое и постоянное количество тепла, нуж­но, чтобы уран все время облучался очень мощным потоком нейтронов. Эти нейтроны могут быть только вторичными, возникшими при делении урана, потому что у нас нет других таких мощных нейтронных источ­ников. Значит, одно «поколение» нейтронов, сменяя другое, должно быть количественно равным ему. При делении возникает в 2,5 раза больше нейтронов, чем расходуется. Чтобы следующее поколение нейтронов было таким же, как предыдущее, нужно, чтобы из всех возникших вторичных нейтронов ровно столько же израсходовалось на деление ядер урана, а избыток — на другие процессы.

Проследим за короткой жизнью нейтронов в атом­ном реакторе.

Нейтроны, рождающиеся при делении урана, назы­ваются быстрыми нейтронами. Их энергия равна при­близительно миллиону электрон-вольт, а скорость — 14 000 км/сек. Быстрые нейтроны не очень активно делят уран-235. Чтобы вызвать деление, быстрый ней­трон должен пролететь в куске урана-235 в среднем 8 см. В природном уране, до того как быстрому ней­трону удастся разделить ядро урана-235, он должен пролететь 11,5 м! На самом же деле нейтрон не может пролететь такое расстояние; он гораздо раньше погло­щается ядрами урана-238. Поэтому в сплошной массе естественного урана быстрые нейтроны, рождающиеся при делении, не могут вызвать цепную реакцию.

Совсем иначе ведет себя попавший в уран медлен­ный нейтрон. Его энергия равна 0,025 электрон-вольт и скорость всего 2,2 км/сек. В куске чистого урана-235 такой нейтрон вызовет деление уже на пути в 0,33 мм! Чтобы вызвать деление в куске природного урана, мед­ленному нейтрону достаточно пробежать всего 4,7 см. На таком коротком пути у нейтрона уже гораздо мень­ше шансов пропасть, поглотившись в уране-238, так как средний пробег медленного нейтрона в уране-238 до поглощения — 7,2 см.

Посмотрим, что произойдет, если все быстрые ней­троны, вылетающие из делящихся атомов урана, превра­тятся в медленные. При каждом делении урана обра­зуется 2,5 быстрых нейтрона. Если мы замедлим их без потерь — получим 2,5 медленных нейтрона. Мед­ленные нейтроны расходуются в природном уране на три основных процесса: деление урана-235, поглощение в уране-238 и поглощение в уране-235 без деления, но с образованием урана-236. Ученые вычислили вероят­ность этих трех процессов. На пути в 1 см вероятность поглощения нейтрона, приводящего к делению,— 0,21, поглощения в уране-238 — 0,14 и, наконец, поглощения в уране-235 — 0,04. Коэффициент использова­ния медленных нейтронов для деления урана будет равен отношению вероятности деления к вероятности потери нейтрона:

 

Значит, если бы мы могли замедлить нейтроны без потерь, каждое деление в уране вызывало бы 2,5.0,54=1,35 новых делений: «коэффициент размноже­ния» нейтронов в такой системе был бы гораздо больше единицы и атомный реактор мог бы работать.

Чтобы замедлить нейтроны, уран в реакторах окружают толстым слоем замедлителя: графита, тяжелой воды, бериллия или других веществ. Сталкиваясь с атомами замедлителя, нейтроны передают им часть своей энергии и постепенно замедляются. Чтобы замед­литься от энергии в миллион электрон-вольт до 0,025 электрон-вольт, нейтрон должен испытать в обыч­ной воде 18 соударений с атомами водорода, в тяжелой воде —25, в графите — 110 соударений с атомами углерода, в бериллии — 82 соударения с его атомами. Казалось бы, самый лучший замедлитель — обыкновен­ная вода, но обычный водород довольно сильно погло­щает нейтроны. Самый лучший замедлитель нейтро­нов — тяжелая вода, за ней графит, на третьем мес­те— бериллий.

В процессе замедления часть нейтронов, конечно, теряется. Расчеты физиков показали: если смешать по­рошок графита и урана, то потери будут слишком боль­шими; потери можно сделать гораздо меньшими, если стержни из урана поместить в чистый графит. Наибо­лее выгодное соотношение между графитом и ураном: один атом урана на 150 атомов углерода. Удалось рас­считать ученым и оптимальные размеры урановых стержней: диаметр примерно 3 см, а наилучшее расстоя­ние между стержнями около 20 см. В такой уран-гра­фитовой системе коэффициент размножения нейтронов равен 1,13. Этот коэффициент уже совсем ненамного превышает единицу. Но мы еще не учли, что часть нейтронов будет вылетать из реактора наружу. Если сделать реактор очень большим, долю вылетающих нейтронов можно уменьшить до 3—5% . Это соответ­ствует кубическому реактору с длиной ребра в 6 — 8 м (900 — 1600 стержней). Графитовые отражатели толщи­ной в 40—60 см частично вернут обратно нейтроны, покидающие «активную зону» реактора. Вес урановой загрузки такого реактора достигает 200 т, а общий вес активной зоны и отражателя превышает 1000 т. Работающий атомный реактор выделяет очень мно­го тепла, его надо охлаждать. Обычно его охлаждают водой, но, так как уран химически реагирует с водой, приходится урановые стержни помещать в алюминие­вые чехлы и мириться с тем, что в реакторе, кроме графита и урана, будет еще какое-то количество алюминия и воды, поглощающих нейтроны. В результате избы­ток коэффициента размножения нейтронов оказыва­ется совсем небольшим — на 5—8% больше единицы. Если детали реактора будут сделаны из не совсем чистых материалов, то он может и вовсе не заработать. Поэтому в строительстве реакторов применяются толь­ко высококачественные материалы.

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