Цепная реакция деления ядер урана

Цепная реакция деления ядер урана

В 1938 r. О. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Мейтнер и физиком О.Фришем:

Позже обнаружили, что при бомбардировке нейтронами U образуются 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление оказалось:

Этот процесс происходит с выделением энергии 200 МэВ =3,2.10^-11 Дж.

Энергия выделяется в виде:

1. Е_к осколков ≈2,6-10^-11 Дж.

2. Е_к нейтронов ≈0,1-10^-11 Дж.

3. γ - Излучения ≈0,5.10^-11 Дж.

4. β - Излучения.

Механизм деления

Н. Бор, Я.И Френкель предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обусловливается кулоновскими силами.

Цепная реакция деления ядер урана — это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра . Естественный уран состоит из (0,7%), (97,3%). Ядра делятся как быстрыми, так и медленными нейтронами, — только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой энергией при делении 60%, но только один из пяти производит деление.

Ценную реакцию чистого изотопа осуществить медленными нейтронами невозможно. Для ее течения необходимо, чтобы коэффициент размножения к нейтронов был k ? 1. В этом случае число нейтронов увеличивается или остается постоянным и ценная реакция протекает. При k <1 число убывает и цепная реакция невозможна.

Коэффициент размножения увеличивается при захвате медленных ядром или быстрых ядрами и с последующим делением, уменьшается при захвате нейтрона ядром без последующего деления, при вылете нейтрона из делящегося вещества, при захвате нейтрона продуктами деления, замедлителями и конструктивными элементами установки.

С целью уменьшения вылета с куска урана увеличивают массу урана. Количество распавшихся ядер пропорционально массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности, если форма урана с критической массой шарообразна. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250г до сотен килограммов. Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая ценная реакция и управляемая цепная реакция.

Неуправляемая цепная реакция протекает, если k>1. В качестве ядерного горючего используется в основном

или

, если их масса больше или равна критической массе. если каждый из нейтронов, вылетевший при делении, взаимодействует с соседними ядрами делящегося вещества и вызывает в них следующую реакцию деления, то происходит лавинообразное нарастание числа актов деления: один нейтрон — первое поколение, два нейтрона — второе поколение, четыре нейтрона — третье поколение, восемь нейтронов — четвертое поколение и т. д. Быстрое выделение энергии в такой системе приводит к взрыву.

12 Следующая ⇒