Reacció nuclear en cadena. Condicions de la reacció en cadena nuclear

La teoria de la relativitat diu que la massa - és una forma especial d'energia. D'això es dedueix que és possible convertir la massa en energia i l'energia en massa. En el nivell intraatomic, com reaccions es duen a terme. En particular, alguns de la massa del nucli atòmic bé pot convertir-se en energia. Això succeeix de diverses maneres. En primer lloc, el nucli pot dividir-se en una sèrie de nuclis més petits, aquesta reacció es denomina "el col·lapse". En segon lloc, els nuclis més petits poden connectar fàcilment a fer-se més grans - aquesta reacció de síntesi. En l'univers, com reaccions no són infreqüents. Només cal dir que la reacció de fusió - una font d'energia per a les estrelles. Però la reacció de descomposició utilitzat per la humanitat per reactors nuclears, com la gent ha après a controlar aquests processos complexos. Però el que és una reacció nuclear en cadena? Com manejar?

Què passa en el nucli d'un àtom

reacció en cadena nuclear - un procés que s'executa en les col·lisions de les partícules elementals o nuclis amb altres nuclis. Per què és una "cadena"? Aquest conjunt de reaccions nuclears individuals seqüencials. Com a resultat d'aquest procés es produeix un canvi de nucleon estat quàntic i la composició en el nucli, apareixerà fins i tot noves partícules - productes de la reacció. reacció en cadena nuclear, la física de les quals li permet explorar els mecanismes d'interacció dels nuclis amb els nuclis i partícules - el principal mètode per a la producció de nous elements i isòtops. Per tal d'entendre la reacció en cadena, cal tractar primer amb el single.

El que es necessita per a la reacció

Per tal de posar en pràctica aquest procés, com la reacció en cadena nuclear, és necessari per reunir les partícules (bàsics i nucleons dos nuclis) a la distància de ràdio d'interacció forta (aproximadament un Fermi). Si les distàncies són grans, la interacció de partícules carregades és purament Coulomb. En la reacció nuclear, en compliment amb totes les lleis: conservació de l'energia, el moment d'impuls, càrrega bariònica. reacció nuclear en cadena es denota pels símbols a, b, a, d. Símbol A representa un nucli de partida, b - la partícula incident, amb - un nou partícules emeses, i d indica el nucli resultant.

l'energia de la reacció

La reacció nuclear en cadena pot tenir lloc tant amb l'absorció i alliberament d'energia, que és igual a la diferència de massa de les partícules després de la reacció i abans que. L'energia absorbida determina l'energia cinètica mínim d'una col·lisió, una crida llindar de reacció nuclear en el qual pot fluir lliurement. Aquest llindar depèn de les partícules que participen en la interacció, i de les seves característiques. En l'etapa inicial, totes les partícules estan en un estat quàntic predeterminat.

reaccionar

La principal font de partícules carregades que bombardegen el nucli és el accelerador de partícules, que permet que els feixos de protons, ions pesats i nuclis lleugers. neutrons lents produeixen mitjançant l'ús de reactors nuclears. Per a la fixació de les partícules incidents carregat es pot utilitzar diversos tipus de reaccions nuclears - tant la síntesi i la descomposició. La probabilitat d'ells depèn dels paràmetres de les partícules que xoquen. D'aquesta probabilitat s'associa aquesta característica, la secció transversal de la reacció - el valor de l'àrea efectiva que caracteritza el nucli com un objectiu per a les partícules incidents i que és una mesura de la probabilitat de partícules que entra al nucli i interactuar. Si la reacció es va assistir a partícules amb un valor d'espín diferent de zero, la secció depèn directament de la seva orientació. Des de la part posterior de les partícules entrants no estan orientats completament a l'atzar, i més o menys ordenada manera, tots els corpuscles estan polaritzats. Caracterització quantitativa de l'escissió orientada descriu el vector de polarització.

El mecanisme de reacció

Què és una reacció nuclear en cadena? Com ja s'ha esmentat, és una seqüència de reaccions simples. Els detalls de la partícula incident i la seva interacció amb el nucli depenen de la massa, càrrega, una energia cinètica. Interacció determinat pel grau de llibertat dels nuclis, que s'exciten quan una col·lisió. Obtenir el control de tots aquests mecanismes permet un procés tal com la reacció en cadena nuclear controlada.

reaccions directes

Si una partícula carregada que incideix en el nucli blanc, just el toca, la durada de la col·lisió encara cal superar la distància del radi nuclear. Aquesta reacció nuclear es diu directa. Una característica comuna de totes les reaccions d'aquest tipus és l'inici d'un petit nombre de graus de llibertat. En aquest procés, després de la primera partícula de col·lisió té encara prou energia per superar l'atracció nuclear. Per exemple, com interaccions, ja que la dispersió inelàstica de neutrons, cobren de canvi, i són rectes. La contribució d'aquests processos en la característica de trucada "secció transversal total" bastant miserable. No obstant això, la línia de distribució de producte que passa reacció nuclear per determinar la probabilitat d'emissió de l'angle de la direcció del feix, números quàntics de selectivitat poblat estats i per determinar la seva estructura.

emissió de pre-equilibri

Si la partícula no surt de l'àmbit de la cooperació nuclear després de la primera col·lisió, que estarà involucrat en una cascada de col·lisions successives. Això és en realitat exactament el que s'anomena la reacció nuclear en cadena. Com a resultat, aquesta situació, l'energia cinètica de les partícules es distribueix entre les parts components del nucli. El mateix estat del nucli gradualment serà molt més complicat. Durant aquest procés en algun nucleon o clúster conjunt (grup de nucleons) l'energia pot ser enfocada, és suficient per a l'emissió d'un nucleó del nucli. A més relaxació donarà lloc a un equilibri estadístic i la formació d'un nucli compost.

reaccions en cadena

Què és una reacció nuclear en cadena? Aquesta seqüència de les seves parts constituents. És a dir, múltiples reaccions nuclears individuals consecutius causats per partícules carregades apareixen com a productes de reacció en els passos anteriors. El que es diu una reacció nuclear en cadena? Per exemple, la fissió de nuclis pesats, quan múltiples esdeveniments de fissió iniciat s'obtenen mitjançant anterior decau neutrons.

Característiques d'una reacció nuclear en cadena

Entre totes les reaccions químiques que va rebre cadena de distribució àmplia. Les partícules amb connexions no utilitzades compleixen el paper dels radicals lliures o àtoms. En aquest procés, com la reacció en cadena nuclear, el mecanisme del seu curs proporcionar neutrons que tenen la barrera de Coulomb i exciten el nucli de l'absorció. Si el mitjà de partícula apareix necessari, fa que una cadena de transformacions posteriors, que seguiran a escissió de la cadena a causa de la pèrdua de les partícules portadores.

Per què portador perdut

Només hi ha dues raons per a la pèrdua de partícules portadores reaccions en cadena continus. La primera és l'absorció de les partícules sense procés d'emissió secundària. El segon - deixant les partícules dins de l'abast de la substància que suporta el procés de la cadena.

Hi ha dos tipus de processos

Si la unitat neix portador únicament de partícules en cada reacció en cadena de període, llavors aquest procés pot ser cridat no ramificat. No pot conduir a l'alliberament d'energia a gran escala. Si hi ha moltes partícules de vehicle, s'anomena una reacció ramificada. Què és una reacció nuclear en cadena amb ramificació? Una rebuda en l'acte previ de partícules secundàries continuen començat abans de la cadena, però els altres crearà noves reaccions que també es ramifiquen. Amb aquest procés estarà competint processos condueixen al trencament. La situació resultant donarà lloc a un fenomen marginal crítica i específica. Per exemple, si la continuïtat de més de purament noves cadenes, la reacció d'auto-suport és impossible. Fins i tot si excita la seva artificialment introduir en el desitjat mig nombre de partícules, el procés encara s'esvairà en el temps (en general bastant ràpidament). Si el nombre de noves cadenes superarà el nombre de ruptures, la reacció en cadena començarà a estendre per tot el material.

estat crític

Una regió crítica es separa estats de condició de reacció en cadena autosostinguda matèria avançada i la regió en la qual aquesta reacció no és possible en absolut. Aquest paràmetre es caracteritza per la igualtat entre el nombre de nous circuits i el nombre de possibles trencaments. Com la presència de l'estat crític de suport lliure de partícula és l'element principal en una llista com "condicions de la reacció en cadena nuclear." L'assoliment d'aquesta condició pot ser determinada per un nombre de possibles factors. La divisió de nucli d'elements pesats és excitat per un sol neutró. Com a resultat d'aquest procés, com una reacció en cadena de fissió nuclear, hi ha més neutrons. En conseqüència, aquest procés pot produir ramificat reacció en la qual els portadors i els neutrons actuaran. En el cas on la taxa de neutrons captura sense (taxa de pèrdua) divisió o sortides seran compensats partícules de suport de reproducció de velocitat, la reacció en cadena de procedir en una manera estacionari. Aquesta equació descriu el factor de multiplicació. En cas que sigui igual a la unitat anteriorment. En l'energia nuclear a causa de la introducció de retroalimentació negativa entre la taxa d'alliberament d'energia i el factor de multiplicació es pot realitzar el control de reaccions nuclears. Si aquesta relació és més gran que un, llavors la reacció es desenvolupi de manera exponencial. reacció en cadena descontrolada utilitzat en armes nuclears.

reacció nuclear en cadena en el sector energètic

La reactivitat del reactor es determina per un gran nombre de processos que tenen lloc a la seva zona activa. Totes aquestes influències es determinen per l'anomenat coeficient de reactivitat. Influència dels canvis de temperatura de barres de grafit, refrigerants o reactivitat d'urani del reactor i la intensitat del procés de percolació, com ara una reacció en cadena nuclear, caracteritzades pel coeficient de temperatura (per al refrigerant, urani, de grafit). També hi ha una dependència de les característiques de potència, d'acord amb els indicadors baromètriques de paràmetres de vapor. Per mantenir la reacció nuclear en el reactor cal, convertir un element en un altre. Per això cal tenir en compte les condicions de flux de la reacció en cadena nuclear - la presència d'una substància que és capaç de dividir i assignar a si mateixos de la desintegració d'un nombre de partícules elementals que, com a conseqüència, farà que la resta dels nuclis de divisió. Com substància d'aquest tipus s'utilitza sovint urani-238, urani-235, el plutoni-239. Durant el pas de la cadena nuclear isòtops de reacció d'aquests elements es desintegraran i formar dos o més substàncies químiques. En aquest procés, s'emet l'anomenada raigs gamma "gamma", un alliberament d'energia intensiva, es formen dues o tres neutrons actes capaços de continuar la reacció. Distingir entre neutrons lents i ràpids, perquè per al nucli de l'àtom desintegrat, aquestes partícules han de volar a una velocitat determinada.