Цепные ядерные реакции. Ядерный реактор

Первые ядерные реакторы.
Впервые цепная ядерная реакция деления урана была осуществлена в США (Манхэттенский проект) коллективом учёных под руководством Энрико Ферми в декабре 1942 г.
Первый реактор в Советском Союзе и в Европе был запущен 25 декабря 1946 г.коллективом физиков , возглавляемого И.В.Курчатовым

Открытие деление ядер
В 1932 г. и в1934 г. Открытие нейтрона и искусственной радиоактивности стало поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций. Деление ядер урана было открыто в 1938г.немецкими учёнными О. Ганом и Ф. Штрассмоном

Механизм деления ядра
Ядро урана-235 имеет форму шара. Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. После этого ядро разрывается на две части. Под действием кулоновских сил отталкивания эти осколки разлетаются со скоростью равной 1/30 скорости света.

Испускание нейтронов в процессе деления.
При делении ядра урана кроме ядер-осколков вылетают 2-3 нейтрона. При благоприятных условиях вылетевшие нейтроны могут попасть в другие ядра урана, вызывая их деление.

Цепные ядерные реакции.
При делении двух-трёх ядер урана освобождаются 4-9 нейтронов, которые могут вызывать деление новых ядер урана с образованием от 8 до 27 нейтронов и т.д. Возникает самоподдерживающийся процесс деления, который называют цепной ядерной реакцией .

●
1кг.урана (2,5٠1024 ядер )выделяет энергию 8٠1013Дж.
Цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии. При делении одного ядра урана выделяется энергии 200МэВ.
Это эквивалентно энергии, которая получается от сгорания примерно 1800т. бензина или 2500т. каменного угля.

Изотопы урана
Природный уран в основном состоит из двух изотопов:99,3 % уран-238 и 0,7% уран-235.Нейтроны,освобождающиеся при делении ядер урана , вызывают деление лишь ядер изотопа урана-235,ядрами урана-238 они лишь поглощаются не вызывая их деления , т. е. ядра урана-238 не принимают участие в развитии цепной реакции . Это является причиной отсутствия цепных реакций в природном уране.

Коэффициент размножения нейтронов.
Необходимое условие для протекания цепной реакции состоит в том , чтобы среднее число освобождённых нейтронов с течением времени не уменьшалось. Изменение числа нейтронов с течением времени характеризуется коэффициентом размножения нейтронов, который определяется как отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов в предыдущем поколении.
К=Ni /Ni-1
Для протекания цепной реакции необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов был не меньше единицы ( К≥1).

Ядерный реактор.
Использование ядерной энергии - важная научно-практическая задача . Устройство , позволяющее осуществлять управляемую ядерную реакцию, называют ядерным реактором . Управление ядерным реактором осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Схема ядерного реактора.
Основными элементами Ядерного реактора являются:
1)ядерное горючее: уран-235, плутоний-239;
2)замедлитель нейтронов: тяжёлая вода или графит;
3) теплоноситель для отвода выделяющейся энергии;
4) регулятор скорости ядерной реакции: вещество. поглощающее нейтроны.

Устройство ядерного реактора.
Стержни с атомным горючим располагаются в активной зоне реактора, которая заполнена тяжёлой водой. Тяжёлая вода является и замедлителем нейтронов и теплоносителем.
Активная зона окружена оболочкой , отражающей нейтроны. Регулирование скоростей ядерной реакции осуществляется путём поднятия и опускания регулирующих стержней.