Reakční jaderná reakce. Podmínky pro uskutečnění jaderné řetězové reakce

Teorie relativity říká, že hmota je zvláštní forma energie. Z toho vyplývá, že je možné přeměnit hmotu na energii a energii na hmotnost. Na úrovni uvnitř atomů dochází k takovým reakcím. Zejména část hmoty samotného atomového jádra se může proměnit v energii. To se děje několika způsoby. Za prvé, jádro se může rozpadat na množství menších jader, tato reakce se nazývá "rozpad". Za druhé, menší jádra se mohou snadno připojit, aby získali větší jádro, je syntézní reakcí. Ve vesmíru jsou takové reakce velmi běžné. Stačí říci, že syntetická reakce je zdrojem energie pro hvězdy. Ale reakce dezintegrace je pro lidstvo používána jaderné reaktory,

Co se děje v jádru atomu

Jaderná reakce řetězce je proces, který nastává, když se elementární částice nebo jádra srazí s jinými jádry. Proč "řetěz"? Jedná se o soubor postupných jediných jaderných reakcí. Výsledkem tohoto procesu je změna v kvantovém stavu a složení nukleonu v počátečním jádru, dokonce i v nových reakčních produktech. Reakční jaderná reakce, jejíž fyzika umožňuje vyšetřovat mechanismy interakce jader s jádry a částicemi, je hlavní metodou získávání nových prvků a izotopů. Abychom porozuměli průběhu řetězové reakce, musíme nejprve řešit jednotku.

Co potřebujete pro reakci

K provedení takového procesu, jako je řetězová jaderná reakce, je nutné přibližovat částice (jádro a nukleon, dvě jádra) vzdáleností poloměru silné interakce (přibližně jeden Fermi). Pokud jsou vzdálenosti velké, interakce nabitých částic bude čistě Coulomb. V jaderné reakci jsou dodržovány všechny zákony: zachování energie, hybnost, hybnost, baryonový náboj. Reakční jaderná reakce je označena sadou symbolů a, b, c, d. Symbol a označuje počáteční jádro, b) dopadající částici, c) novou emitovanou část a d označuje výsledné jádro.

Energie reakce

Reakční jaderná reakce může probíhat jak s absorpcí, tak s uvolněním energie, která se rovná rozdílu mezi hmotností částic po reakci a až k ní. Absorbovaná energie určuje minimální kinetickou energii kolize, tzv. Prahovou hodnotu jaderné reakce, ve které může volně proudit. Tato prahová hodnota závisí na částech, které se podílejí na interakci, a na jejich charakteristikách. V počátečním stádiu jsou všechny částice v předem stanoveném kvantovém stavu.

Reakce

Hlavní zdroj nabitých částic, s nimiž je jádro bombardováno, je urychlovač nabitých částic, který dodává paprsky protonů, těžkých iontů a lehkých jader. Pomalé neutrony se získají použitím jaderných reaktorů. Různé typy jaderných reakcí lze použít k fixaci nabitých částic jak v syntéze, tak i v rozpadu. Pravděpodobnost je závislá na parametrech částic, které se srazí. Z toho pravděpodobnost je spojena takovou vlastnost, že průřez reakce - hodnota efektivní plochy, která charakterizuje jádro jako cíl pro dopadajících částic a který je mírou pravděpodobnosti částice vstupu do jádra a komunikovat. Pokud jsou částice s nenulovým odstřeďováním zapojeny do reakce, pak průřez přímo závisí na jejich orientaci. Vzhledem k tomu, že otáčky dopadajících částic jsou orientovány ne zcela chaoticky, ale víceméně uspořádané, budou všechny buňky polarizovány. Kvantitativní charakteristika otočení orientovaných paprsků je popsána pomocí polarizačního vektoru.

Reakční mechanismus

Co je řetězová jaderná reakce? Jak již bylo řečeno, jedná se o sekvenci jednodušších reakcí. Charakteristiky dopadající částice a její interakce s jádrem závisí na hmotnosti, náboji, kinetické energii. Interakce je určena stupněm volnosti jader, které jsou při srážce vzrušeny. Získání kontroly nad všemi těmito mechanismy umožňuje provádět takový proces jako jaderná reakce řízeného řetězce.

Přímé reakce

Pokud se nabitá částice, která narazí na cílové jádro, dotýká pouze, trvání kolize bude stejné jako je nutné k překonání poloměru jádra. Tato jaderná reakce se nazývá přímá. Společnou charakteristikou všech reakcí tohoto typu je excitace malého počtu stupňů volnosti. V takovém procesu, po první kolizi, má stále ještě dostatek energie, aby překonala nukleární přitažlivost. Například takové interakce jako neelastický rozptyl neutronů, výměna náboje a vztah k přímým interakcím. Přínos takových procesů k charakteristice nazvané "celkový průřez" je poněkud skromný. Rozdělení produktů průchodu přímé jaderné reakce však umožňuje určit pravděpodobnost emisí z úhlu směru paprsku, kvantová čísla, selektivitu osídlených států a určení jejich struktury.

Emisita před rovnováhou

Pokud se část prvního kolize neopustí oblast jaderného interakce, bude se podílet na celé kaskádě následných kolizí. To je vlastně to, co se nazývá řetězová jaderná reakce. V důsledku této situace je kinetická energie částice rozdělena mezi jednotlivé části jádra. Samotný stav jádra se postupně zkomplikuje. Během tohoto procesu může být určitá nukleona nebo celá skupina (skupina nukleonů) koncentrována energie dostatečnou pro emise tohoto nukleonu z jádra. Další relaxace povede ke vzniku statistické rovnováhy a tvorbě jádra.

Reakce řetězce

Co je řetězová jaderná reakce? Toto je posloupnost jeho součástí. To znamená, že v předchozích krocích se jako reakční produkty objevují více po sobě jdoucích jednorázových reakcí způsobených nabitými částicemi. Co se nazývá jaderná řetězová reakce? Například štěpení těžkých jader, kdy jsou iniciovány vícero štěpné události neutrony získané v předchozích rozpadu.

Vlastnosti řetězové jaderné reakce

Ze všech chemických reakcí se šíření řetězce stalo velmi rozšířeným. Částice s nepoužitými vazbami slouží jako volné atomy nebo radikály. V takovém procesu jako řetězová jaderná reakce je mechanismus jeho toku poskytován neutrony, které nemají Coulombovou bariéru a excitují jádro po absorpci. Pokud se v médiu objeví potřebná částice, pak způsobí řetězec následných transformací, který bude pokračovat, dokud se řetězec nezlomí kvůli ztrátě nosné částice.

Proč je dopravce ztracen

Existují pouze dva důvody pro ztrátu částic nosiče kontinuálního řetězce reakcí. První je absorbovat částicu bez sekundárního emisního procesu. Druhým je odchod částice nad hranici objemu látky, která podporuje řetězový proces.

Dva typy procesů

Pokud se v každém období řetězové reakce narodí pouze jedna částice nosiče, pak se tento proces může nazývat nerozvětvený. Nemůže vést k uvolnění energie ve velkém měřítku. Pokud je mnoho částic nosiče, nazývá se to rozvětvená reakce. Co je řetězová jaderná reakce s rozvětvením? Jedna ze sekundárních částic získaných v předchozím činu bude pokračovat v začátku řetězce, ale jiné vytvoří nové reakce, které se budou také rozvíjet. Proces vedoucí k rozbití bude konkurovat tomuto procesu. Výsledná situace vytvoří konkrétní kritické a omezující jevy. Pokud je například více útesů než čistě nové řetězce, pak sama-udržování reakce bude nemožné. Dokonce i když to uměle vzrušuje tím, že zavedete správné množství částic do daného prostředí, proces bude stále mizet s časem (obvykle poměrně rychle). Pokud počet nových řetězců přesáhne počet útesů, začne se řetězová jaderná reakce šířit po celé látce.

Kritický stav

Kritický stav odděluje stav hmoty od vyvinuté samočinné řetězové reakce a oblasti, kde tato reakce vůbec není možná. Tento parametr je charakterizován rovností mezi počtem nových řetězců a počtem možných zlomů. Stejně jako přítomnost volné částice nosiče je kritickým stavem hlavní položka na takovém seznamu jako "podmínky pro realizaci řetězové jaderné reakce". Dosažení tohoto stavu může být určeno řadou možných faktorů. Štěpení jádra těžkého prvku je vzrušeno pouze jedním neutronem. Výsledkem takového procesu, jakým je reakce jaderného štěpení řetězce, se objevuje více neutronů. Tento proces tedy může vést k rozvětvené reakci, kde neutronové nosiče budou působit jako nosiče. V případě, kdy rychlost neutralizace bez štěpení nebo odchylek (ztrátová rychlost) bude kompenzována násobící rychlostí částic nosiče, řetězová reakce bude probíhat v ustáleném stavu. Tato rovnice charakterizuje multiplikační faktor. Ve výše uvedeném případě se rovná jednomu. V jaderné energetiky přes úvod negativní zpětnou vazbu mezi rychlostí uvolňování energie a multiplikačním faktorem je možné řídit průběh jaderné reakce. Je-li tento koeficient více než jeden, reakce se vyvíjí exponenciálně. Neutrální řetězové reakce se používají v jaderných zbraních.

Řetězová jaderná reakce v energetice

Reaktivita reaktoru je určena velkým počtem procesů, které se vyskytují v jeho jádru. Všechny tyto vlivy jsou určeny tzv. Reaktivním koeficientem. Účinky změny teploty grafitových prutů, nosičů tepla nebo uranu na reaktivitu reaktoru a intenzita procesu, jako je jaderná řetězová reakce, jsou charakterizovány teplotním koeficientem (pro tepelný nosič, pro uran, pro grafit). Také existují závislé charakteristiky pro výkon, barometrické indikátory, indikátory páry. K udržení jaderné reakce v reaktoru je nutné převést některé prvky do jiných. K tomu je třeba vzít v úvahu podmínky pro vznik jaderné reakce řetězce - přítomnost látky, která je schopna dělení a izolace řady elementárních částic z rozkladu, což v důsledku způsobí štěpení zbývajících jader. Uran-238, uran 235, plutonium-239 se často používají jako takové látky. Při průchodu jaderné řetězové reakce se izotopy těchto prvků rozpadají a tvoří dvě nebo více dalších chemických látek. Při tomto procesu se vyskytují tzv. "Gama" paprsky, dochází k intenzivnímu uvolnění energie, generují se dva nebo tři neutrony, které mohou pokračovat v reakčních událostech. Rozlišujte mezi pomalými neutrony a rychlými neutrony, protože k tomu, aby jádro atomu rozpadlo, musí tyto částice letět určitou rychlostí.