Эффективное сечение ядерных реакций .
В отличие от большинства химических
реакций, при которых исходные вещества,
взятые в стехиометрических количествах,
реагируют между собой нацело, ядерную
реакцию
вызывает только небольшая доля из всех
бомбардирующих частиц, упавших на мишень.
Это объясняется тем, что ядро занимает
ничтожно малую часть объема
атома
,
так что вероятность встречи налетающей
частицы, проходящей через мишень, с ядром
атома
очень мала. Кулоновский потенциальный
барьер между налетающей частицей и ядром
(при их одинаковом заряде) также препятствует
ядерной
реакции
. Для количеств. характеристики
вероятности протекания ядерной
реакции
используют понятие эффективного сечения
а. Оно характеризует вероятность перехода
двух сталкивающихся частиц в определенное
конечное состояние и равно отношению
числа таких переходов в единицу времени
к числу бомбардирующих частиц, проходящих
в единицу времени через единичную площадку,
перпендикулярную направлению их движения.
Эффективное сечение имеет размерность
площади и по порядку величины сопоставимо
с площадью поперечного сечения
атомных ядер
(около 10 -28 м 2).
Ранее использовалась внесистемная единица
эффективного сечения - барн (1 барн = 10 -28
м 2).
Реальные значения
для различных ядерных
реакций
изменяются в широких
пределах (от 10 -49 до 10 -22 м 2).
Значение
зависит от природы бомбардирующей частицы,
ее энергии, и, в особенно большой степени,
от свойств облучаемого ядра. В случае
облучения ядер
нейтронами
при варьировании энергии
нейтронов
можно наблюдать т. наз. резонансный захват
нейтронов
,
который характеризуется резонансным
сечением. Резонансный захват наблюдается,
когда кинетическая энергия
нейтрона
близка к энергии одного из стационарных
состояний составного ядра. Сечение, отвечающее
резонансному захвату бомбардирующей
частицы, может на несколько порядков
превышать нерезонансное сечение.
Если бомбардирующая частица способна
вызывать протекание ядерной
реакции
по нескольким каналам, то сумму эффективных
сечений различных процессов, происходящих
с данным облучаемым ядром, часто называют
полным сечением.
Эффективные сечения ядерных
реакций
для ядер различных
изотопов
к.-л. элемента часто
сильно различаются между собой. Поэтому
при использовании смеси
изотопов
для осуществления ядерной
реакции
нужно учитывать эффективные сечения
для каждого
нуклида
с учетом его распространенности
в смеси
изотопов
.
Выходы
ядерных
реакций
Выходы ядерных
реакций
-отношение
числа
актов
ядерных
реакций
к числу частиц, упавших на единицу площади
(1 см 2) мишени, обычно не превышают
10 -6 -10 -3 . Для тонких мишеней
(упрощенно тонкой можно назвать мишень,
при прохождении через которую поток бомбардирующих
частиц заметно не ослабевает) выход ядерной
реакции
пропорционален числу частиц, попадающих
на 1 см 2 поверхности мишени, числу
ядер, содержащихся в 1 см 2 мишени,
а также значению эффективного сечения
ядерной
реакции
. Даже при использовании
такого мощного источника налетающих
частиц, каким является ядерный реактор,
в течение 1 ч удается, как правило, получить
при осуществлении ядерных
реакций
под действием
нейтронов
не более нескольких
мг
атомов
, содержащих новые ядра.
Обычно же масса вещества, полученного
в той или иной ядерной
реакции
, значительно меньше.
Бомбардирующие
частицы.
Для осуществления ядерных
реакций
используют
нейтроны
n,
протоны
р, дейтроны d, тритоны
t,
частицы, тяжелые
ионы
(12 С, 22 Ne,
40 Аr и др.),
электроны
е и
кванты. Источниками
нейтронов
(см.
Нейтронные
источники
)при
проведении ядерных
реакций
служат: смеси металлические
Be и подходящего
излучателя, напр. 226 Ra (т. наз. ампульные
источники), нейтронные генераторы, ядерные
реакторы. Т. к. в большинстве случаев
ядерных
реакций
выше для
нейтронов
с малыми энергиями (тепловые
нейтроны
),
то перед тем, как направить поток
нейтронов
на мишень, их обычно замедляют, используя
парафин
,
графит
и др. материалы. В случае медленных
нейтронов
основный. процесс почти для всех ядер
- радиационный захват - ядерная
реакция
типа
т. к. кулоновский барьер ядра препятствует
вылету
протонов
и
частиц. Под действием
нейтронов
цепные реакции
деления
.
В случае использования в качестве
бомбардирующих частиц
протонов
, дейтронов и др., протекают
несущих положительный заряд, бомбардирующую
частицу ускоряют до высоких энергий (от
десятков МэВ до сотен ГэВ), используя
различные ускорители. Это необходимо
для того, чтобы заряженная частица могла
преодолеть кулоновский потенциальный
барьер и попасть в облучаемое ядро. При
облучении мишеней положительно заряженными
частицами наиб. выходы ядерных
реакций
достигаются при использовании дейтронов.
Связано это с тем, что энергия связи
протона
и
нейтрона
в дейтроне относительно
мала, и соотв., велико расстояние между
протоном
и
нейтроном
.
При использовании в качестве бомбардирующих
частиц дейтронов в облучаемое ядро часто
проникает только один нуклон -
протон
или
нейтрон
, второй нуклон ядра
дейтрона летит дальше, обычно в том же
направлении, что и налетающий дейтрон.
Высокие эффективные сечения могут достигаться
при проведении ядерных
реакций
между дейтронами и
легкими ядрами при сравнительно низких
энергиях налетающих частиц (1-10 МэВ). Поэтому
ядерные
реакции
с участием дейтронов
можно осуществить не только при использовании
ускоренных на ускорителе дейтронов, но
и путем нагревания смеси взаимодействующих
ядер до т-ры около 10 7 К. Такие ядерные
реакции
называют термоядерными. В природных условиях
они протекают лишь в недрах звезд. На
Земле термоядерные реакции с участием
дейтерия
,
дейтерия
и
трития
,
дейтерия
и
лития
и др. осуществлены
при
взрывах
термоядерных (водородных)
бомб.
Для
частиц кулоновский барьер у тяжелых ядер
достигает ~ 25 МэВ. Равновероятны ядерные
реакции
и
Продукты ядерной
реакции
обычно
радиоактивны, для ядерной
реакции
- обычно стабильные ядра.
Для синтеза новых сверхтяжелых хим. элементов
важное значение имеют ядерные
реакции
,
протекающие с участием ускоренных на
ускорителях тяжёлых
ионов
(22 Ne, 40 Аr
и др.). Напр., по ядерной
реакции
м. б. осуществлен синтез
фермия
.
Для ядерных
реакций
с тяжелыми
ионами
характерно большое число выходных каналов.
Например, при бомбардировке ядер 232 Th
ионами
40 Аr образуются ядра Са, Аr, S, Si, Mg, Ne.
Для осуществления ядерных
реакций
под действием
квантов пригодны
кванты высоких энергий (десятки МэВ).
Кванты с меньшими энергиями испытывают
на ядрах только упругое рассеяние. Протекающие
под действием налетающих
квантов ядерные
реакции
называют фотоядерными,
этих реакций достигают 10 30 м 2 .
Хотя
электроны
имеют заряд, противоположный
заряду ядер, проникновение
электронов
в ядро возможно только
в тех случаях, когда для облучения ядер
используют
электроны
, энергия которых превышает
десятки МэВ. Для получения таких
электронов
применяют бетатроны
и др. ускорители.
Исследования ядерных
реакций
дают разнообразную информацию о внутреннем
строении ядер. Ядерные
реакции
с участием
нейтронов
позволяют получать огромное кол-во энергии
в ядерных реакторах. В результате ядерных
реакций
деления
под действием
нейтронов
образуется большое
число различных
радионуклидов
, которые можно использовать,
в частности в
химии
, как
изотопные
индикаторы
.
В ряде случаев ядерные
реакции
позволяют получать
меченые соединения
. Ядерные
реакции
лежат в основе
активационного
анализа
. С
помощью ядерных
реакций
осуществлен синтез
искусственных хим. элементов (технеция
,
прометия
,
трансурановых элементов
, трансактиноидов).
После захвата ядром
нейтрона образуется промежуточное ядро, которое находится в возбужденном состоянии.
При этом энергия нейтрона равномерно
распределяется между всеми нуклонами,
а само промежуточное ядро деформируется
и начинает колебаться. Если возбуждение
невелико, то ядро (рис. 1, б), освобождаясь
от излишка энергии путем испускания
?
-кванта или нейтрона, возвращается
в устойчивое состояние. Если же энергия
возбуждения достаточно велика, то деформация
ядра при колебаниях может быть настолько
большой, что в нем образуется перетяжка
(рис. 1, в), аналогичная перетяжке между
двумя частями раздваивающейся капли
жидкости. Ядерные силы, действующие в
узкой перетяжке, уже не могут противостоять
значительной кулоновской силе отталкивания
частей ядра. Перетяжка разрывается, и
ядро распадается на два "осколка"
(рис. 1, г), которые разлетаются в противоположные
стороны.
В настоящее время известны около 100 различных
изотопов с массовыми числами примерно
от 90 до 145, возникающих при делении этого
ядра. Две типичные реакции деления этого
ядра имеют вид:
.
Обратите внимание, что в результате деления
ядра, инициированного нейтроном, возникают
новые нейтроны, способные вызвать реакции
деления других ядер. Продуктами деления
ядер урана-235 могут быть и другие изотопы
бария, ксенона, стронция, рубидия и т.
д.
При делении ядер тяжелых атомов () выделяется очень большая энергия -
около 200 МэВ при делении каждого ядра.
Около 80 % этой энергии выделяется в виде
кинетической энергии осколков; остальные
20 % приходятся на энергию радиоактивного
излучения осколков и кинетическую энергию
мгновенных нейтронов.
Оценку выделяющей при делении ядра энергии
можно сделать с помощью удельной энергии
связи нуклонов в ядре. Удельная энергия
связи нуклонов в ядрах с массовым числом
A
? 240 порядка 7,6 МэВ/нуклон, в то время
как в ядрах с массовыми числами A
=
90 – 145 удельная энергия примерно равна
8,5 МэВ/нуклон. Следовательно, при делении
ядра урана освобождается энергия порядка
0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ
на один атом урана. При полном делении
всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется
такая же энергия, как и при сгорании 3
т угля или 2,5 т нефти.
Цепная ядерная реакция - последовательность единичных ядерных реакций , каждая из которых вызывается частицей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге последовательности. Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируется нейтронами , полученными при делении ядер в предыдущем поколении.
При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рис. 3.Уран встречается в природе в виде двух
изотопов:
(99,3 %) и
(0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра
обоих изотопов могут расщепляться на
два осколка. При этом реакция деления
наиболее интенсивно идет на медленных
(тепловых) нейтронах, в то время как ядра
вступают в реакцию деления только с быстрыми
нейтронами с энергией порядка 1 МэВ. Иначе
энергия возбуждения образовавшихся ядер
оказывается недостаточной для деления,
и тогда вместо деления происходят ядерные
реакции:
.
Изотоп
урана
?
-радиоактивен, период полураспада
23 мин. Изотоп нептуния
тоже радиоактивен, период полураспада
около 2 дней.
.
Изотоп плутония
относительно стабилен, период полураспада
24000 лет. Важнейшее свойство плутония состоит
в том, что он делится под влиянием нейтронов
так же, как. Поэтому с помощью
может быть осуществлена цепная реакция.
Рассмотренная выше схема цепной реакции
представляет собой идеальный случай.
В реальных условиях не все образующиеся
при делении нейтроны участвуют в делении
других ядер. Часть их захватывается неделящимися
ядрами посторонних атомов, другие вылетают
из урана наружу (утечка нейтронов).
Поэтому цепная реакция деления тяжелых
ядер возникает не всегда и не при любой
массе урана.
Ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется управляемая ядерная цепная реакция , сопровождающаяся выделением энергии. Первый -Ядерный реактор построен в декабре 1942 в США под руководством Э. Ферми . В Европе первый Ядерный реактор запущен в декабре 1946 в Москве под руководством И. В. Курчатова . К 1978 в мире работало уже около тысячи Ядерный реактор различных типов. Составными частями любого Ядерный реактор являются: активная зона с ядерным топливом , обычно окруженная отражателем нейтронов, теплоноситель , система регулирования цепной реакции, радиационная защита, система дистанционного управления. Основной характеристикой Ядерный реактор является его мощность. Мощность в 1 Мет соответствует цепной реакции, в которой происходит 3·10 16 актов деления в 1 сек.
В активной зоне Ядерный реактор находится ядерное топливо, протекает цепная реакция ядерного деления и выделяется энергия. Состояние Ядерный реактор характеризуется эффективным коэффициентом Кэф размножения нейтронов или реактивностью r:
R = (К? - 1)/К эф. (1)
Если К эф > 1, то цепная реакция нарастает во времени, Ядерный реактор находится в надкритичном состоянии и его реактивность r > 0; если К эф < 1 , то реакция затухает, реактор - подкритичен, r < 0; при К ? = 1, r = 0 реактор находится в критическом состоянии, идёт стационарный процесс и число делений постоянно во времени. Для инициирования цепной реакции при пуске Ядерного реактора в активную зону обычно вносят источник нейтронов (смесь Ra и Be , 252 Cf и др.), хотя это и не обязательно, т. к. спонтанное деление ядер урана и космические лучи дают достаточное число начальных нейтронов для развития цепной реакции при К эф > 1.
В качестве делящегося вещества в большинстве Ядерный реактор применяют 235 U . Если активная зона, кроме ядерного топлива (природный или обогащенный уран), содержит замедлитель нейтронов (графит, вода и другие вещества, содержащие лёгкие ядра, см. Замедление нейтронов ), то основная часть делений происходит под действием тепловых нейтронов (тепловой реактор ). В Ядерном реакторе на тепловых нейтронах может быть использован природный уран , не обогащенный 235 U (такими были первые Ядерные реакторы). Если замедлителя в активной зоне нет, то основная часть делений вызывается быстрыми нейтронами с энергией x n > 10 кэв (быстрый реактор ). Возможны также реакторы на промежуточных нейтронах с энергией 1-1000 эв.
По конструкции Ядерный реактор делятся на гетерогенные реакторы , в которых ядерное топливо распределено в активной зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится замедлитель нейтронов, и гомогенные реакторы , в которых ядерное топливо и замедлитель представляют однородную смесь (раствор или суспензия). Блоки с ядерным топливом в гетерогенном в Ядерном реакторе, называются тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ"ами), образуют правильную решётку; объём, приходящийся на один ТВЭЛ, называется ячейкой. По характеру использования Ядерный реактор делятся на энергетические реакторы и исследовательские реакторы . Часто один Ядерный реактор выполняет несколько функций.
В Условиях критичности Ядерный реактор имеет вид:
К эф = К ? ? Р = 1 , (1)
Где 1 - Р - вероятность выхода (утечки) нейтронов из активной зоны Ядерного реактора, К ? - коэффициент размножения нейтронов в активной зоне бесконечно больших размеров, определяемый для тепловых Ядерных реакторов так называемой «формулой 4 сомножителей»:
К ? = neju. (2)
Здесь n - среднее число вторичных (быстрых) нейтронов, возникающих при делении ядра 235 U тепловыми нейтронами, e - коэффициент размножения на быстрых нейтронах (увеличение числа нейтронов за счёт деления ядер, главным образом ядер 238 U , быстрыми нейтронами); j - вероятность того, что нейтрон не захватится ядром 238 U в процессе замедления, u - вероятность того, что тепловой нейтрон вызовет деление. Часто пользуются величиной h = n/(l + a), где a - отношение сечения радиационного захвата s р к сечению деления s д.
Условие (1) определяет размеры Ядерного реактора. Например, для Ядерного реактора из естественного урана и графита n = 2,4. e » 1,03, eju » 0,44, откуда К ? =1,08. Это означает, что для К ? > 1 необходимо Р<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерного реактора) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 м. Объём современного энергетического Ядерного реактора достигает сотен м 3 и определяется главным образом возможностями теплосъёма, а не условиями критичности. Объём активной зоны Ядерного реактора в критическом состоянии называется критическим объёмом Ядерного реактора, а масса делящегося вещества - критической массой. Наименьшей критической массой обладают Ядерный реактор с топливом в виде растворов солей чистых делящихся изотопов в воде и с водяным отражателем нейтронов. Для 235 U эта масса равна 0,8 кг , для 239 Pu - 0,5 кг. Наименьшей критической массой обладает 251 Cf (теоретически 10 г). Критические параметры графитового Ядерного реактора с естественным ураном: масса урана 45 т , объём графита 450 м 3 . Для уменьшения утечки нейтронов активной зоне придают сферическую или близкую к сферической форму, например цилиндр с высотой порядка диаметра или куб (наименьшее отношение поверхности к объёму).
Величина n известна для тепловых нейтронов с точностью 0,3% (табл. 1). При увеличении энергии x n нейтрона, вызвавшего деление, n растет по закону: n = n t + 0,15x n (x n в Мэв ), где n t соответствует делению тепловыми нейтронами.
Табл. 1. - Величины n и h) для тепловых нейтронов
(по данным на 1977)
233 U |
235 U |
239 Pu |
241 Pu |
n 2,479 |
2,416 |
2,862 |
2,924 |
h 2,283 |
2,071 |
2,106 |
2,155 |
Максимально возможное значение J достигается в Ядерном реакторе, который содержит только делящиеся ядра. Энергетические Ядерные реакторы используют слабо обогащенный
уран (концентрация 235 U ~ 3-5%), и ядра 238 U поглощают заметную часть нейтронов. Так, для естественной смеси изотопов урана максимальное значение nJ = 1,32. Поглощение нейтронов в замедлителе и конструкционных материалах обычно не превосходит 5-20% от поглощения всеми изотопами ядерного топлива. Из замедлителей наименьшим поглощением нейтронов обладает тяжёлая вода, из конструкционных материалов - Al и Zr .Вероятность резонансного захвата нейтронов ядрами 238
U в процессе замедления (1-j) существенно снижается в гетерогенных Ядерных реакторах Уменьшение (1 - j) связано с тем, что число нейтронов с энергией, близкой к резонансной, резко уменьшается внутри блока топлива и в резонансном поглощении участвует только внешний слой блока. Гетерогенная структура Ядерного реактора позволяет осуществить цепной процесс на естественном уране . Она уменьшает величину О, однако этот проигрыш в реактивности существенно меньше, чем выигрыш из-за уменьшения резонансного поглощения.Для расчёта тепловых Ядерных реакторов необходимо определить спектр тепловых нейтронов. Если поглощение нейтронов очень слабое и нейтрон успевает много раз столкнуться с ядрами замедлителя до поглощения, то между замедляющей средой и нейтронным газом устанавливается термодинамическое равновесие (термализация нейтронов), и спектр тепловых нейтронов описывается
Максвелла распределением . В действительности поглощение нейтронов в активной зоне Ядерного реактора достаточно велико. Это приводит к отклонению от распределения Максвелла - средняя энергия нейтронов больше средней энергии молекул среды. На процесс термализации влияют движения ядер, химические связи атомов и др.Выгорание и воспроизводство ядерного топлива .
В процессе работы Ядерного реактора происходит изменение состава топлива, связанное с накоплением в нём осколков деления и с образованием трансурановых элементов , главным образом изотопов Pu . Влияние осколков деления на реактивность Ядерного реактора называется отравлением (для радиоактивных осколков) и зашлаковыванием (для стабильных). Отравление обусловлено главным образом 135 Xe который обладает наибольшим сечением поглощения нейтронов (2,6·10 6 барн ). Период его полураспада T 1/2 = 9,2 ч, выход при делении составляет 6-7%. Основная часть 135 Xe образуется в результате распада 135 ] (Тц = 6,8 ч ). При отравлении Кэф изменяется на 1-3%. Большое сечение поглощения 135 Xe и наличие промежуточного изотопа 135 I приводят к двум важным явлениям: 1) к увеличению концентрации 135 Xe и, следовательно, к уменьшению реактивности Ядерного реактора после его остановки или снижения мощности («йодная яма»). Это вынуждает иметь дополнительный запас реактивности в органах регулирования либо делает невозможным кратковременные остановки и колебания мощности. Глубина и продолжительность йодной ямы зависят от потока нейтронов Ф: при Ф = 5·10 13 нейтрон/см 2 ? сек продолжительность йодной ямы ~ 30 ч , а глубина в 2 раза превосходит стационарное изменение К эф , вызванное отравлением 135 Xe . 2) Из-за отравления могут происходить пространственно-временные колебания нейтронного потока Ф, а значит - и мощности Ядерного реактора.Эти колебания возникают при Ф> 10 13 нейтронов/см 2 ? сек и больших размерах Ядерного реактора.Периоды колебаний ~ 10 ч.
Число различных стабильных осколков, возникающих при делении ядер, велико. Различают осколки с большими и малыми сечениями поглощения по сравнению с сечением поглощения делящегося изотопа. Концентрация первых достигает насыщения в течение нескольких первых суток работы Ядерного реактора (главным образом 149 Sm , изменяющий К эф на 1%). Концентрация вторых и вносимая ими отрицательная реактивность возрастают линейно во времени.
Образование трансурановых элементов в Ядерном реакторе происходит по схемам:
Здесь 3 означает захват нейтрона, число под стрелкой - период полураспада.
Накопление 239 Pu (ядерного горючего) в начале работы Ядерного реактора происходит линейно во времени, причём тем быстрее (при фиксированном выгорании 235 U ), чем меньше обогащение урана. Затем концентрация 239 Pu стремится к постоянной величине, которая не зависит от степени обогащения, а определяется отношением сечений захвата нейтронов 238 U и 239 Pu . Характерное время установления равновесной концентрации 239 Pu ~ 3/ Ф лет (Ф в ед. 10 13 нейтронов/см 2 ?сек). Изотопы 240 Pu , 241 Pu достигают равновесной концентрации только при повторном сжигании горючего в Ядерном реакторе после регенерации ядерного топлива.
Выгорание ядерного топлива характеризуют суммарной энергией, выделившейся в Ядерном реакторе на 1 т топлива. Для Ядерных реакторов, работающих на естественном уране, максимальное выгорание ~ 10 Гвт ?сут/т (тяжело-водные Ядерные реакторы). В Ядерном реакторе со слабо обогащенным ураном (2-3% 235 U ) достигается выгорание ~ 20-30 Гвт-сут/т. В Ядерном реакторе на быстрых нейтронах - до 100 Гвт-сут/т. Выгорание 1 Гвт-сут/т соответствует сгоранию 0,1% ядерного топлива.
При выгорании ядерного топлива реактивность Ядерного реактора уменьшается (в Ядерном реакторе на естественном уране при малых выгораниях происходит некоторый рост реактивности). Замена выгоревшего топлива может производиться сразу из всей активной зоны или постепенно по ТВЭЛ"ам так, чтобы в активной зоне находились ТВЭЛ"ы всех возрастов - режим непрерывной перегрузки (возможны промежуточные варианты). В первом случае Ядерный реактор со свежим топливом имеет избыточную реактивность, которую необходимо компенсировать. Во втором случае такая компенсация нужна только при первоначально с запуске, до выхода в режим непрерывной перегрузки. Непрерывная перегрузка позволяет увеличить глубину выгорания, поскольку реактивность Ядерного реактора определяется средними концентрациями делящихся нуклидов (выгружаются ТВЭЛ"ы с минимальной концентрацией делящихся нуклидов). В табл. 2 приведён состав извлекаемого ядерного топлива (в кг ) в водо-водяном реакторе мощностью 3 Гвт. Выгружается одновременно вся активная зона после работы Ядерного реактора в течение 3 лет и «выдержки» 3 лет (Ф = 3?10 13 нейтрон/см 2 ?сек). Начальный состав: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.
Табл. 2. - Состав выгружаемого топлива,
кг
238 и т.д................. |
|||
Как и химические реакции, ядерные реакции могут быть эндотермическим и экзотермическим . Ядерные реакции подразделяются на реакции распада и реакции синтеза. Особым типом ядерной реакции является деление ядра . Сроки распад ядра и деление ядра означают совершенно разные типы реакций [ ]. 1. ИсторияПервую искусственно вызванной ядерной реакции наблюдал в году Эрнест Резерфорд , облучая альфа-частицами азот . Реакция проходила по схеме .2. Законы сохранения при ядерных реакцияхВо время ядерных реакций выполняются общие законы сохранения энергии , импульса , момента импульса и электрического заряда . Кроме того, существует ряд особых законов сохранения, присущих ядерной взаимодействия, например, закон сохранения барионного заряда. 3. Энергетический выход ядерной реакцииЕсли сумма масс покоя частиц в реакции больше суммы масс покоя частиц после реакции, то такая реакция происходит с выделением энергии. Такую энергию называют энергетическим выходом ядерной реакции. Энергетический выход ядерной реакции вычисляется по формуле ΔE = Δmc 2, где Δm - дефект массы , c - скорость света . 4. Виды ядерных реакций4.1. Ядерные реакции синтезаВо время ядерных реакций синтеза из легких ядер элементов образуются новые, более тяжелые ядра. Обычно реакции синтеза возможны только в условиях, когда ядра имеют большую кинетическую энергию, поскольку силы электростатического отталкивания препятствуют сближению одинаково заряженных ядер, создавая так называемый кулоновский барьер. Искусственным путем этого удается достичь с помощью ускорителей заряженных частиц , в которых ионы, протоны или α-частицы ускоряют электрическим полем, или термоядерных реакторов, где ионы вещества приобретают кинетической энергии за счет теплового движения. В последнем случае речь ведут о реакции термоядерного синтеза. 4.1.1. Ядерный синтез в природеВ природе реакции синтеза начались в первые минуты после Большого взрыва . Во время первичного нуклеосинтеза из протонов образовались лишь некоторые легкие ядра (дейтерия , гелия , лития). В звездах, масса которых превышает половину M ☉ , могут образовываться и другие, более тяжелые элементы. Этот процесс начинается с образования ядер углерода в тройной α-реакции . Образующиеся ядра взаимодействуют с протонами и α-частицами и, таким образом, образуются химические элементы до железного пика. Образование тяжелых ядер (от железа в Висмут) происходит в оболочках достаточно массивных звезд на стадии красного гиганта основном благодаря s-процесса и, частично, благодаря p-процесса . Наважчи (нестабильные) ядра образуются во время вспышек сверхновых . 4.2. Ядерные реакции распадаРеакциями распада обусловлено альфа-и бета-радиоактивность. При альфа-распаде из ядра вылетает альфа-частица 4 He, а массовое число и зарядовое числа ядра меняются на 4 и 2 соответственно. При бета-распаде из ядра вылетает электрон или позитрон, массовое число ядра не меняется, а зарядовое увеличивается или уменьшается на 1. Оба типа распада происходят спонтанно. 4.3. Деление ядраНебольшое количество изотопов способна к делению - реакции при которой ядро делится на две большие части. Деление ядра может происходить как спонтанно, так и вынужденно - под воздействием других частиц, в основном - нейтронов. Года было выявлено, что ядра урана-235 способны не только к спонтанному делению (на два легких ядра) с выделением ~ 200 МэВ энергии и излучением двух-трех нейтронов, но и к вынужденного деления, инициируемое нейтронами. Учитывая, что в результате такого разделения тоже излучаются нейтроны, которые могут вызвать новые реакции вынужденного деления соседних ядер урана, стала очевидной возможность цепной ядерной реакции. Такая реакция не происходит в природе лишь потому, что природный уран на 99,3% состоит из изотопа урана-238, а в реакции деления способен только уран-235, которого в природном уране содержится всего 0,7%. Механизм ядерной реакции деления заключается в следующем. Ядерные силы через взаимодействие обменными виртуальными частицами (в большинстве случаев происходит пион -нуклонного взаимодействие), имеют нецентральных характер. Это означает, что нуклоны не могут взаимодействовать одновременно со всеми нуклонами в ядре, особенно в багатонуклонних ядрах. При большом количестве нуклонов в ядре это вызывает асимметрию плотности ядерных сил и дальнейшей асимметрию нуклонного связи, а следовательно, и асимметрию энергии по объему ядра. Ядро приобретает форму, которая существенно отличается от шарообразной. В таком случае электростатическое взаимодействие между протонами может по величине энергии приближаться к сильного взаимодействия. Таким образом, вследствие асимметрии, энергетический барьер деления преодолевается, и ядро распадается на более легкие ядра, асимметричные по массе. Иногда ядро может туннелировать в состояние с меньшей энергией. 5. Ядерные реакции в жизни человека5.1. Атомная бомбаЦепную реакцию деления атомных ядер в ХХ веке стали применять в атомных бомбах. Из-за того, что для интенсивной ядерной реакции необходимо иметь критическую массу (массу, необходимую для развития цепной реакции), то для осуществления атомного взрыва несколько частей с массами меньше критической, соединяются, образуется сверхкритическая масса и в ней возникает цепная реакция деления, сопровождающаяся высвобождением большого количества энергии - происходит атомный взрыв. 5.2. Ядерный реакторДля преобразования тепловой энергии распада ядер в электрическую энергию используют ядерный реактор. Как топливо в реакторе применяется смесь изотопов урана-235 и урана-238 или плутоний-239. При попадании быстрых нейтронов к ядру атома урана-238 происходит его превращение в плутоний -239 и его последующий распад с высвобождением энергии. Процесс может быть циклическим, однако для этого необходимы реакторы, работающие на быстрых нейтронах. Сейчас же как основной компонент в реакторах применяется нуклид урана-235. Для его взаимодействия с быстрыми нейтронами необходимо их замедление. Как замедлитель применяют: По типу используемой воды в реакторах, D 2 O или H 2 O, реакторы делятся на тяжеловодных и легководяни соответственно. В тяжеловодных реакторах в качестве горючего используется нуклид урана-238, в легководяних - Уран-235. Для управления реакцией распада и ее прекращения применяют регулировочные стержни, содержащие изотопы бора или кадмия . Энергию, которая выделяется во время цепной реакции деления, выводит теплоноситель. Поэтому он нагревается, и при попадании в воду он нагревает ее, превращая в пар (часто теплоносителем является сама вода). Пара обращает паровую турбину, которая вращает ротор генератора переменного тока.
Разделяются на 2 класса: термоядерные реакции и реакции под действием ядерноактивных частиц и деления ядер. Первые требуют для своего осуществления температуру ~ несколько млн. градусов и протекают лишь в недрах звезд или при взрывах H-бомб. Вторые происходят в атмосфере и литосфере за счет космического облучения и за счет ядерноактивных частиц в верхних оболочках Земли. Быстрые космические частицы (средняя энергия ~2 10 9 эв), попадая в атмосферу Земли, вызывают нередко полное расщепление атомов атмосферы (N, О) на более легкие ядерные осколки, включая нейтроны. Скорость образования последних достигает величины 2,6 нейтрона (см -2 сек -1). Нейтроны взаимодействуют преимущественно с N атмосферы, обеспечивая постоянное образование радиоактивных изотопов углерода С 14 (T 1/2 = 5568 лет) и трития H 3 (T 1/2 = 12,26 лет) по следующим реакциям N 14 + п = С 14 + Н 1 ; N 14 + n = С 12 + Н 3 . Ежегодное образование радиоуглерода в земной атмосфере составляет около 10 кг. Отмечено также образование в атмосфере радиоактивных Be 7 и Cl 39 . Реакции ядерные в литосфере происходят в основном за счет α-частиц и нейтронов, возникающих при распаде долгоживущих радиоактивных элементов (в основном U и Th). Следует отметить накопление Не 3 в некоторых м-лах, содержащих Li (см. Изотопы гелия в геологии), образование отдельных изотопов неона в эвксените, монаците и др. м-лах по реакциям: О 18 + Не 4 = Ne 21 + п; Fe 19 + Не = Na 22 + п; Na 22 → Ne 22 . Образование изотопов аргона в радиоактивных м-лах по реакциям: Cl 35 + Не = Ar 38 + n ; Cl 35 + Не = К 38 + Н 1 ; К 38 → Ar 38 . При спонтанном и нейтронно-индукцированном делении урана наблюдается образование тяжелых изотопов криптона и ксенона (см. Метод определения абсолютного возраста ксеноновый). В м-лах литосферы искусственное расщепление атомных ядер вызывает накопление некоторых изотопов в количестве 10 -9 -10 -12 % от массы м-ла.
"РЕАКЦИИ ЯДЕРНЫЕ В ПРИРОДЕ" в книгахЯдерные евроракетыИз книги Сугубо доверительно [Посол в Вашингтоне при шести президентах США (1962-1986 гг.)] автора Добрынин Анатолий ФёдоровичГлава 6 Поклонение природе. Мифы о природеИз книги Мифы Армении автора Ананикян Мартирос АГлава 6 Поклонение природе. Мифы о природе Ядерные робинзоныИз книги Бомба. Тайны и страсти атомной преисподней автора Пестов Станислав ВасильевичЯдерные робинзоны В конце 50-х Хрущева очень заинтересовал один проект, предложенный военными инженерами. Суть его заключалась в создании искусственных островов у атлантического побережья США. Мыслилось это так: темной воровской ночью мощные сухогрузы пробираются к Ядерные амбицииИз книги Очнись! Выжить и преуспеть в грядущем экономическом хаосе автора Чалаби ЭлЯдерные амбиции Во второй половине 2003 г. мир узнал о том, что иранская программа обогащения урана продвинута более, чем считалось раньше, и что через пару лет Иран станет обладателем ядерного оружия. Процитируем слова американского должностного лица, причастного Ядерные продажиИз книги Инфобизнес на полную мощность [Удвоение продаж] автора Парабеллум Андрей АлексеевичЯдерные продажи В Японии сейчас тестируют интересную модель. Одна компания, которая занималась исследованиями покупателей, заключила уйму договоров с различными фирмами, которым нужна обратная связь от своих целевых аудиторий. Они открыли магазин бесплатных вещей – «ЯДЕРНЫЕ ЧЕМОДАНЧИКИ»Из книги Непознанное, отвергнутое или сокрытое автора Царева Ирина Борисовна«ЯДЕРНЫЕ ЧЕМОДАНЧИКИ» Это покруче знаменитых «чемоданов с компроматом»!Неспешный, долгоиграющий скандал разворачивается вокруг так называемых «ядерных чемоданчиков».Все началось с сенсационного заявления, сделанного бывшим секретарем Совета безопасности РФ. О природе, законах и природе законовИз книги Ясные Слова автора Озорнин ПрохорО природе, законах и природе законов То, что вчера было нелепостью, сегодня стало законом природы. Законы меняются - природа остается той Ядерные реакции и электрический зарядИз книги Нейтрино - призрачная частица атома автора Азимов АйзекЯдерные реакции и электрический заряд Когда в 90-х годах прошлого века физики стали яснее представлять себе структуру атома, они обнаружили, что, по крайней мере, некоторые его части несут электрический заряд. Например, электроны, заполняющие внешние области атома, ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИИз книги Атомная энергия для военных целей автора Смит Генри ДеволфЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ МЕТОДЫ БОМБАРДИРОВКИ ЯДЕР1.40. Кокрофт и Уолтон получали протоны с достаточно большой энергией путем ионизации газообразного водорода и последующего ускорения ионов высоковольтной установкой с трансформатором и выпрямителем. Подобный же метод можно ЯДЕРНЫЕ АВАРИИИз книги Чрезвычайные происшествия на советском флоте автора Черкашин Николай Андреевич Ядерные цепные реакции Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЯД) автора БСЭ§ 3.13 Ядерные реакции и дефект массыИз книги Баллистическая теория Ритца и картина мироздания автора Семиков Сергей Александрович§ 3.13 Ядерные реакции и дефект массы Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего от одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте… Сей всеобщий естественной Рачек Мария, Есман Виталия, Румянцева Виктория Этот исследовательский проект выполнен учащимися 9-го класса. Он является опережающим заданием при изучении школьниками темы "Строения атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер" в курсе физике 9 класса. Целью проекта является выяснение условий протекания ядерных реакций и принципов работы АЭС. Скачать:Предварительный просмотр:Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа № 14 Имени Героя Советского Союза Анатолия Перфильева г . Александров Исследовательская работа по физике «Ядерные реакции» Выполнили ученицы 9В класса: Рачек Мария, Румянцева Виктория, Есман Виталия учитель Романова О.Г. 2015 План проекта Введение Теоретическая часть
Заключение Список используемой литературы Введение Актуальность : Одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. Потребление энергии растёт столь быстро, что известные в настоящее время запасы топлива окажутся исчерпанными в сравнительно короткое время. Проблему «энергетического голода» не решает и использование энергии так называемых возобновляемых источников (энергии рек, ветра, солнца, морских волн, глубинного тепла Земли), так как они могут обеспечить в лучшем случае только 5-10% наших потребностей. В связи с этим в середине XX века возникла необходимость поиска новых источников энергии. В настоящее время реальный вклад в энергоснабжение вносит ядерная энергетика, а именно, атомные электростанции (сокращённо АЭС). Поэтому мы решили выяснить, полезны ли человечеству АЭС. Цели работы:
В рамках достижения цели нами были поставлены следующие задачи:
Методы исследования:
Теоретическая часть. История атома и радиоактивности. Строение атома. Предположение о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, было высказано древнегреческими философами Левкиппом и Демокритом примерно 2500 тысячи лет назад. Эти частицы получили названия «атом», что означает «неделимые». Атом – это мельчайшая частица вещества, простейшая, не имеющая составных частей. Но примерно с середины XIX века стали появляться экспериментальные факты, которые ставили под сомнение представления о неделимости атомов. Результаты этих экспериментов наводили на мысль о том, что атомы имеют сложную структуру и что в их состав входят электрически заряженные частицы. Наиболее ярким свидетельством сложного строения атома явилось открытие явления радиоактивности , сделанное французским физиком Анри Беккерелем в 1896 году. Он обнаружил, что химический элемент уран самопроизвольно (т.е. без внешних взаимодействий) излучает ранее неизвестные невидимые лучи, которые позже были названы радиоактивным излучением . Поскольку радиоактивное излучение обладало необычными свойствами, многие учёные занялись его исследованием. Оказалось, что не только уран, но и некоторые другие химические элементы (например, радий) тоже самопроизвольно испускают радиоактивные лучи. Способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению стали называть радиоактивностью (от лат. radio – излучаю и activus – действенный).Беккерелю пришла в голову мысль: не сопровождается ли всякая люминесценция рентгеновскими лучами? Для проверки своей догадки он взял несколько соединений, в том числе одну из солей урана, фосфоресцирующую жёлто-зелёным светом. Осветив её солнечным светом, он завернул соль в чёрную бумагу и положил в тёмном шкафу на фотопластинку, тоже завёрнутую в чёрную бумагу. Через некоторое время, проявив пластинку, Беккерель действительно увидел изображение куска соли. Но люминесцентное излучение не могло пройти через чёрную бумагу, и только рентгеновские лучи могли в этих условиях засветить пластинку. Беккерель повторил опыт несколько раз и с одинаковым успехом. В конце февраля 1896 года на заседании Французской академии наук он сделал сообщение о рентгеновском излучении фосфоресцирующих веществ. Через некоторое время в лаборатории Беккереля была случайно проявлена пластинка, на которой лежала урановая соль, не облучённая солнечным светом. Она, естественно, не фосфоресцировала, но отпечаток на пластинке получился. Тогда Беккерель стал испытывать разные соединения и минералы урана (в том числе не проявляющие фосфоресценции), а также металлический уран. Пластинка неизменно засвечивалась. Поместив между солью и пластинкой металлический крестик, Беккерель получил слабые контуры крестика на пластинке. Тогда стало ясно, что открыты новые лучи, проходящие сквозь непрозрачные предметы, но не являющиеся рентгеновскими. Своим открытием Беккерель делится с учёными, с которыми он сотрудничал. В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий. Они выяснили, что свойством естественной радиоактивности обладают все соединения урана и в наибольшей степени сам уран. Беккерель же вернулся к интересующим его люминофорам. Правда, он сделал ещё одно крупное открытие, относящееся к радиоактивности. Однажды для публичной лекции Беккерелю понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри и положил пробирку в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул радиоактивный препарат владельцам, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки. Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот поставил на себе опыт: в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже появилось покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности. В 1899 году в результате опыта, проведённого под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т.е. имеет сложный состав. В середине расположен поток (излучение), не имеющее электрического заряда, а по бокам выстраивались 2 потока заряженных частиц. Положительно заряженные частицы назвали альфа-частицами, представляющими собой полностью ионизированные атомы гелия, а отрицательно заряженные – бета-частицы, представляющие собой элетроны. Нейтральные получили название гамма-частицы или гамма-кванты. Гамма-излучение, как выяснилось позже, представляет собой один из диапазонов электромагнитного излучения. Поскольку было известно, что атом в целом нейтрален, явление радиоактивности позволило учёным создать примерную модель атома. Первым, кто это сделал, был английский физик Джозеф Джон Томсон, создавший одну из первых моделей атома в 1903 году. Модель представляла собой шар, по всему объёму которого был равномерно распределён положительный заряд. Внутри шара находились электроны, каждый их которых мог совершать колебательные движения около своего положения равновесия. Модель напоминала по форме и строению кекс с изюмом. Положительный заряд равен по модулю суммарному отрицательному заряду электронов, поэтому заряд атома в целом равен нулю. Модель строения атома Томсона нуждалась в экспериментальной проверке, которой занялся в 1911 году Резерфорд. Он провёл опыты и пришёл к выводу, что модель атома представляет собой шар, в центре которого расположено положительно заряженное ядро, занимающее малый объём от всего атома. Вокруг ядра движутся электроны, масса которых значительно меньше. Атом электрически нейтрален, поскольку заряд ядра равен модулю суммарному заряда электронов. Резерфорд также установил, что ядро атома имеет диаметр примерно 10 -14 – 10 -15 м, т.е. оно в сотни тысяч раз меньше атома. Именно ядро претерпевает изменение при радиоактивных превращениях, т.е. радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц. Чтобы зарегистрировать (увидеть) частицы, в 1908 году немецкий физик Ганс Гейгер изобрёл так называемый счётчик Гейгера.Позже положительно заряженные частицы в атоме получили название протонов, а отрицательные – нейтронов. Протоны и нейтроны получили общее название нуклоны. Деление урана. Цепная реакция .Деление ядер урана при его бомбардировке нейтронами было открыто в 1939 году немецкими учёными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом. Рассмотрим механизм этого явления. Поглотив лишний нейтрон, ядро приходит в действие и деформируется, приобретая вытянутую форму. В ядре действует 2 вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Но ядерные силы короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил ядро разрывается на две части, которые разлетаются в разные стороны с огромной скоростью и излучают 2-3 нейтрона. Часть внутренней энергии переходит в кинетическую. Осколки ядра быстро тормозят в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия переходит во внутреннюю энергию среды. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура возрастают. Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Энергия колоссальна. При полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделяется столько энергии, сколько выделится при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую используют цепные реакции деления ядер, основанные на том, что 2-3 нейтрона, выделившиеся при делении первого ядра, могут принять участие в делении других ядер, которые их захватят. Для поддержания непрерывности цепной реакции важно учитывать массу урана. Если масса урана слишком мала, то нейтроны вылетают за его пределы, не встречая на своём пути ядро. Цепная реакция прекращается. Чем больше масса куска урана, тем больше его размеры и тем длиннее путь, который проходят в нём нейтроны. Вероятность встречи нейтронов с ядрами атомов возрастает. Соответственно увеличивается число делений ядер и число излучаемых нейтронов. Число появившихся после деления ядер нейтронов равно числу потерянных нейтронов, поэтому реакция может продолжаться длительное время. Чтобы реакция не прекращалась, нужно брать массу урана определённого значения – критическую. Если масса урана больше критической, то в результате резкого увеличения свободных нейтронов цепная реакция приводит к взрыву. Ядерный реактор. Ядерная реакция. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. Ядерный реактор - это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор, названный СР-1, построен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. В настоящее время, по данным МАГАТЭ, в мире насчитывается 441 реактор в 30 странах. Также ведётся строительство ещё 44 реакторов. В ядерном реакторе в качестве делящегося вещества используется в основном уран-235. Такой реактор называется реактором на медленных нейтронах. Замедлителем нейтронов могут выступать разные вещества:
Части реактора на медленных нейтронах : в активной зоне расположено ядерное топливо в виде урановых стержней и замедлитель нейтронов (например, вода), отражатель (слой вещества, который окружает активную зону) и защитная оболочка из бетона. Для управления реакцией служат регулирующие стержни, эффективно поглощающие нейтроны. Для запуска реактора их постепенно выводят из активной зоны. Образующиеся в процессе этой реакции нейтроны и осколки ядер, разлетаясь с большой скоростью, попадают в воду, сталкиваются с ядрами атомов водорода и кислорода, отдают им часть своей кинетической энергии. Вода при этом нагревается, а замедленные нейтроны через какое-то время опять попадают в урановые стержни и участвуют в делении ядер. Активная зона с помощью труб соединяется с теплообменником, образуя первый замкнутый контур. Насосы обеспечивают в нём циркуляцию воды. Нагретая вода проходит через теплообменник, нагревает воду в змеевике второго контура и превращает её в пар. Таким образом, вода в активной зоне служит не только замедлителем нейтронов, но и теплоносителем, отводящим тепло. После энергия пара в змеевике преобразуется в электрическую энергию. Посредством пара вращается турбина, которая приводит в движение ротор генератора электрического тока. Отработанные пар поступает в конденсатор и превращается в воду. Затем весь цикл повторяется.Ядерный двигатель использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Традиционный ЯД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора и собственно двигателя. Рабочее тело (чаще - аммиак или водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.Атомная энергетика. Атомная энергетика - область техники, основанная на использовании реакции деления атомных ядер для выработки теплоты и производства электроэнергии. Ядерный сектор энергетики наиболее значителен во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии, т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов. Эти страны производят от четверти до половины своей электроэнергии на АЭС.Первый европейский реактор был создан в 1946 году в Советском Союзе под руководством Игоря Васильевича Курчатова. В 1954 году в Обнинске была введена в действие первая АЭС. Преимущества АЭС:
Применение ядерных двигателей в современности. По мере развития ядерной физики все отчетливее вырисовывалась перспектива создания атомных энергетических установок. Первый практический шаг в этом направлении сделал Советский Союз, где в 1954г. была построена атомная электростанция. В 1959г. под флагом СССР вступило в строй первое в мире атомное судно - ледокол «Ленин», который успешно проводил караваны торговых судов в тяжелых условиях Заполярья. В последние годы XIX века заступили на арктическую вахту мощные советские атомные ледоколы «Арктика» и «Сибирь»... Особенно большие возможности атомная энергетика открыла для подводных лодок, позволив решить две наиболее актуальные проблемы - увеличения подводной скорости и увеличения длительности плавания под водой без всплытия. Ведь самые совершенные дизель-электрические подводные лодки не могут развить под водой более 18-20 уз, да и эту скорость поддерживают лишь около часа, после чего вынуждены всплывать для зарядки аккумуляторных батарей. В таких условиях по указанию ЦК КПСС и Советского правительства в нашей стране в кратчайший срок был создан атомный подводный флот. Советские подводные атомоходы неоднократно пересекали Северный Ледовитый океан подо льдами, всплывали в районе Северного полюса. В канун XXIII съезда КПСС группа атомных подводных лодок совершила кругосветное плавание, пройдя около 22 тыс. миль под водой без всплытия... Основным отличием атомной подводной лодки от паросиловой является замена парового котла реактором, в котором осуществляется регулируемая цепная реакция деления атомов ядерного топлива с выделением тепла, используемого для получения пара в парогенераторе. Атомная установка создала для подводных лодок реальную перспективу не только сравняться в скорости с надводными кораблями, но и превзойти их. Как мы знаем, в погруженном состоянии подводная лодка не испытывает волнового сопротивления, на преодоление которого быстроходные надводные водоизмещающие корабли затрачивают большую часть мощности энергетической установки. Биологическое действие радиации. Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут “запустить” не до конца еще изученную цепь событий, приводящих к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения, - как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению. В зависимости от вида излучений, дозы облучения и его условий возможны различные виды лучевого поражения. Это острая лучевая болезнь (ОЛБ) - от внешнего облучения, ОЛБ - от внутреннего облучения, хроническая лучевая болезнь, различные клинические формы с преимущественно локальным поражением отдельных органов, которые могут характеризоваться острым, подострым или хроническим течением; это отдаленные последствия, среди которых наиболее существенно возникновение злокачественных опухолей; дегенеративные и дистрофические процессы (катаракта, стерильность, cклеротические изменения). Сюда же относят генетические последствия, наблюдаемые у потомков облученных родителей. Вызывающие их развитие ионизирующие излучения, благодаря высокой проникающей способности воздействуют на ткани, клетки, внутриклеточные структуры, молекулы и атомы в любой точке организма. Живые существа на воздействие излучений реагируют различно, причем развитие лучевых реакций во многом зависит от дозы излучений. Поэтому целесообразно различать: 1) воздействие малых доз, примерно до 10 рад; 2) воздействие средних доз, обычно применяемых с терапевтическими целями, которые граничат своим верхним пределом с воздействием высоких доз. При воздействии излучении различают реакции, возникающие немедленно, ранние реакции, а также поздние (отдаленные) проявления. Конечный результат облучения часто во многом зависит от мощности дозы, различных условий облучения и особенно от природы излучений. Это относится также к области применения излучений в клинической практике с лечебными целями. Радиация по-разному действует на людей в зависимости от пола и возраста, состояния организма, его иммунной системы и т. п., но особенно сильно - на младенцев, детей и подростков. Рак - наиболее серьезное из всех последствий облучения человека при малых дозах. Обширные обследования, охватившие 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показали, что пока рак является единственной причиной повышенной смертности в этой группе населения. Заключение. Проведя исследование, мы выяснили, что ядерное топливо и ядерные двигатели приносят огромную пользу человеку. Благодаря ним человек нашёл дешёвые источники тепла и энергии (одна АЭС заменяет человеку несколько десятков, а то и сотен обычных ТЭС), смог попасть через льды на Северный Полюс и опуститься на дно океана. Но всё это работает только тогда, когда правильно применяется, т.е. в нужном количестве и только в мирных целях. Немало было зарегистрировано случаев взрывов АЭС (Чернобыль, Фукусима) и взрывы атомных бомб (Хиросима и Нагасаки). Но от последствий радиоактивных отходов никто не защищён. Многие люди страдают от лучевых болезней и рака, вызванных радиоактивным излучением. Но мы думаем, что через несколько лет учёные придумают методы утилизации радиоактивных отходов без вреда для здоровья и изобретут лекарства от всех этих болезней. Список используемой литературы.
Предварительный просмотр:Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Чувственное и рациональное в познавательном процессе О сайте | Контакты |