Yadro energiyasi ishlab chiqarish maqsadlarida ishlatiladi. Atom energiyasi. Yadro energiyasining kashf etilishi tarixi
Shamol energiyasi
Shamol energiyasi - shamol energiyasidan foydalanishga ixtisoslashgan energiya tarmog'i - atmosferadagi havo massalarining kinetik energiyasi. Shamol energiyasi quyosh faoliyatining natijasi bo'lganligi sababli, u qayta tiklanadigan energiya deb tasniflanadi. shamol energetikasini hali an'anaviy atom, gidro va issiqlik elektr stansiyalariga munosib raqobatchi deb bo'lmaydi. O'rtacha atom elektr stantsiyasi taxminan 1,3 ming MVt elektr energiyasini ishlab chiqaradi - bu dunyodagi eng yirik to'rtta shamol stansiyasidan ko'proq.
Amerika shamol energetikasi assotsiatsiyasining ma'lumotlariga ko'ra, shamol elektr stantsiyasini qurish qiymati bir MVt uchun 1 million dollargacha tushib ketgan, bu atom elektr stantsiyasini qurish bilan bir xil. Investitsion samaradorlik bo'yicha shamol elektr stansiyalari faqat gazdan ustundir (1 MVt uchun 600 ming dollar). Biroq, gazdan farqli o'laroq, shamol energiyasi bepul. Shamol generatorlari fotoalbom yoqilg'ilarni iste'mol qilmaydi. 20 yil davomida 1 MVt quvvatga ega shamol turbinasi ishlashi taxminan 29 ming tonna ko'mir yoki 92 ming barrel neftni tejash imkonini beradi. 1 MVt quvvatga ega shamol generatori atmosferaga yillik 1800 tonna CO2, 9 tonna SO2, 4 tonna azot oksidi chiqindilarini kamaytiradi.
Uning yadro energetikasidan katta ustunligi shundaki, sarflangan yoqilg'ini saqlash va qayta ishlash muammosi yo'q. Yigirma yil ichida shamol energiyasining narxi bir kilovatt uchun 40 dan 5 tsentgacha pasayganiga va neft, gaz, ko'mir va atom energiyasini yoqish natijasida ishlab chiqarilgan elektr energiyasi narxiga yaqinlashganiga qaramay (AQShda uning narxi 2 tsentni tashkil qiladi). ... kilovatt uchun 3 tsent), bu bo'shliqni bartaraf etish qiyin bo'ladi.
1978 yildan beri Qo'shma Shtatlar 11 milliard dollardan ortiq davlat mablag'larini sarfladi ilmiy tadqiqot bu sanoatda, lekin bunday investitsiyalarning natijalari hali ham kichik. Bugungi kunga kelib, toza energiya Qo'shma Shtatlardagi barcha elektr stantsiyalari tomonidan ishlab chiqarilgan elektr energiyasining 8% dan ko'pini tashkil etmaydi. AQSh Energetika vazirligi prognoziga ko'ra, uning ulushi 2025 yilga borib atigi 0,5 foizga oshadi. Agar bundan gidroelektrostantsiyalarda ishlab chiqarilgan energiyani ayirib tashlasak, bu ko‘rsatkichlar yanada oddiyroq bo‘ladi – 2001 yilda 2,1 foiz, 2025 yilda esa 3,3 foiz.
Yadro energetikasi - energetika sanoatining yadro energiyasini ishlab chiqarish va undan foydalanish bilan shug'ullanadigan tarmog'i (yadro energetikasi atamasi ilgari ishlatilgan).
Odatda, yadro energiyasini ishlab chiqarish uchun uran-235 yoki plutoniy yadrolarining zanjirli yadro bo'linish reaktsiyasidan foydalaniladi. Neytron urilganda yadrolar parchalanadi va yangi neytronlar va bo'linish bo'laklari olinadi. Parchalanish neytronlari va parchalanish fragmentlari yuqori kinetik energiyaga ega. Parchalarning boshqa atomlar bilan to'qnashuvi natijasida bu kinetik energiya tez issiqlikka aylanadi.
Energetikaning har qanday sohasida asosiy manba yadro energetikasi bo‘lsa ham (masalan, gidroelektrostansiyalar va fotoalbom yoqilg‘ida ishlaydigan elektr stansiyalardagi quyosh yadro reaksiyalari energiyasi, radioaktiv parchalanish energiyasi geotermal elektr stantsiyalari), faqat yadroviy reaktorlarda boshqariladigan reaktsiyalardan foydalanish yadro energiyasiga tegishli.
Atom energiyasi atom elektr stantsiyalarida ishlab chiqariladi, yadro muzqaymoqlarida, atom suv osti kemalarida ishlatiladi; Qo'shma Shtatlar kosmik kemalar uchun yadro dvigatelini yaratish dasturini amalga oshirmoqda, bundan tashqari, samolyotlar uchun yadro dvigatelini yaratishga urinishlar qilingan.
Yadro energetikasi qizg'in bahs mavzusi bo'lib qolmoqda. Yadro energetikasi tarafdorlari va muxoliflari uning xavfsizligi, ishonchliligi va iqtisodiy samaradorligini baholashda keskin farq qiladi. Yadro yoqilg'isining elektr energiyasi ishlab chiqarish sohasidan oqib chiqishi va uni yadroviy qurol ishlab chiqarishda qo'llash mumkinligi haqida keng tarqalgan fikr mavjud.
Tabiatda yadro energiyasi yulduzlarda ajralib chiqadi va inson tomonidan u asosan yadro quroli va atom energiyasida, xususan, atom elektr stansiyalarida ishlatiladi.
Jismoniy asoslar
Bog'lanish energiyasi
Garchi yadro nuklonlardan iborat bo'lsa ham, yadro massasi faqat nuklonlar massalarining yig'indisi emas. Ushbu nuklonlarni bir-biriga bog'lab turuvchi energiya yadro massasi va uni tashkil etuvchi alohida nuklonlar massasidagi bir omilgacha bo'lgan farq sifatida kuzatiladi. c 2 , bu massa va energiyani tenglama bilan bog'laydi E = m ⋅ c 2. (\ displaystyle E = m \ cdot c ^ (2).) Shunday qilib, atomning massasini va uning tarkibiy qismlarining massasini aniqlash orqali turli yadrolarni ushlab turgan nuklonning o'rtacha energiyasini aniqlash mumkin.
Grafikdan ko'rinib turibdiki, juda engil yadrolar bir oz og'irroq bo'lgan yadrolarga qaraganda bir nuklonga nisbatan kamroq bog'lanish energiyasiga ega (grafikning chap tomonida). Shuning uchun termoyadro reaksiyalari (ya’ni yengil yadrolarning birlashishi) energiya ajralib chiqadi. Aksincha, grafikning o'ng tomonidagi juda og'ir yadrolar o'rtacha massali yadrolarga qaraganda bir nuklonga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasiga ega. Shu munosabat bilan og'ir yadrolarning bo'linishi ham energetik jihatdan qulaydir (ya'ni u yadro energiyasining chiqishi bilan sodir bo'ladi). Shuni ham ta'kidlash kerakki, sintez paytida (chap tomonda) massa farqi bo'linish paytida (o'ng tomonda) ancha katta.
Yadroni alohida nuklonlarga to'liq bo'lish uchun zarur bo'lgan energiya deyiladi bog'lovchi energiya E yadrodan. Maxsus bog'lanish energiyasi (ya'ni, bir nuklonning bog'lanish energiyasi, e = E Bilan / A, qayerda A- yadrodagi nuklonlar soni yoki massa soni), turli kimyoviy elementlar va hatto bir xil kimyoviy elementning izotoplari uchun bir xil emas. Yadrodagi nuklonning o'ziga xos bog'lanish energiyasi o'rtacha dan farq qiladi 1 MeV engil yadrolar uchun (deyteriy) 8,6 MeV gacha bo'lgan o'rta massali yadrolar uchun (massa soni bilan) LEKIN≈ 100). Og'ir yadrolar uchun ( LEKIN≈ 200), nuklonning o'ziga xos bog'lanish energiyasi o'rtacha massali yadrolarnikidan taxminan 1 MeV ga kamroq bo'ladi, shuning uchun ularning o'rtacha og'irlikdagi yadrolarga aylanishi (2 qismga bo'linish) energiyaning ajralib chiqishi bilan birga keladi. miqdori har bir nuklon uchun taxminan 1 MeV yoki yadro uchun taxminan 200 MeV. Yengil yadrolarning og'irroq yadrolarga aylanishi har bir nuklonga yanada ko'proq energiya olish imkonini beradi. Masalan, deyteriy va tritiy yadrolarining birikmasi reaksiyasi
1 D 2 + 1 T 3 → 2 H e 4 + 0 n 1 (\displaystyle \mathrm ((_(1))D^(2)+(_(1))T^(3)\o‘ng strelka (_() 2))U^(4)+(_(0))n^(1)) )17,6 MeV energiya chiqishi bilan birga, ya'ni har bir nuklon uchun 3,5 MeV.
Yadro bo'linishi
Har bir bo'linish hodisasida 2,5 neytronning paydo bo'lishi, agar ushbu 2,5 neytrondan kamida bittasi uran yadrosining yangi bo'linishini keltirib chiqarsa, zanjirli reaktsiya paydo bo'lishiga imkon beradi. Odatda, chiqarilgan neytronlar uran yadrolarini darhol bo'linmaydi, lekin birinchi navbatda issiqlik tezligiga (2200 m / s) sekinlashishi kerak. T=300 K). Sekinlashuvga boshqa elementning kichik atomlari bilan o'ralgan atomlari yordamida eng samarali erishiladi A, moderator deb ataladigan materialning vodorod, uglerod va boshqalar kabi.
Ba'zi boshqa yadrolar ham sekin neytronlarni ushlash orqali bo'linishi mumkin, masalan, 233U yoki 239. Biroq, 238 U (235 U dan 140 baravar ko'p) yoki 232 (bu katta energiya) kabi yadrolarning tez neytronlari (yuqori energiya) bilan bo'linishi. er qobig'i 235 U dan 400 marta ko'p).
Boʻlinishning elementar nazariyasi yadroning tomchi modelidan foydalangan holda Nils Bor va J. Wheeler tomonidan yaratilgan.
Yadro bo'linishi tez alfa zarralari, protonlar yoki deytronlar bilan ham amalga oshirilishi mumkin. Biroq, bu zarralar, neytronlardan farqli o'laroq, yadroning Kulon to'sig'ini engib o'tish uchun yuqori energiyaga ega bo'lishi kerak.
Yadro energiyasining chiqishi
Ma'lumki, ekzotermik yadro reaktsiyalari yadro energiyasini chiqaradi.
Odatda, yadro energiyasini olish uchun uran-235 yoki plutoniy yadrolarining zanjirli yadro bo'linish reaktsiyasi, kamroq boshqa og'ir yadrolar (uran-238, toriy-232) ishlatiladi. Neytron urilganda yadrolar bo'linadi va yangi neytronlar va bo'linish bo'laklari olinadi. Parchalanish neytronlari va parchalanish fragmentlari yuqori kinetik energiyaga ega. Bo'laklarning boshqa atomlar bilan to'qnashuvi natijasida bu kinetik energiya tezda issiqlikka aylanadi.
Yadro energiyasini chiqarishning yana bir usuli termoyadro sintezidir. Bunday holda, engil elementlarning ikkita yadrosi bitta og'ir yadroga birlashtiriladi. Tabiatda bunday jarayonlar Quyoshda va boshqa yulduzlarda sodir bo'lib, ular energiyaning asosiy manbai hisoblanadi.
Ko'pgina atom yadrolari beqaror. Vaqt o'tishi bilan bu yadrolarning ba'zilari o'z-o'zidan boshqa yadrolarga aylanadi va energiya chiqaradi. Bu hodisa radioaktiv parchalanish deb ataladi.
Yadro energiyasidan foydalanish
Bo'lim
Hozirgi vaqtda yadro energiyasining barcha manbalari ichida eng kattasi amaliy foydalanish og'ir yadrolarning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan energiyaga ega. Energiya resurslari tanqisligi sharoitida bo'linish reaktorlaridagi atom energiyasi yaqin o'n yilliklarda eng istiqbolli hisoblanadi. Atom elektr stantsiyalarida atom energiyasi elektr energiyasi va issiqlik ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan issiqlik ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Atom elektr stantsiyalari cheksiz navigatsiya maydoniga ega bo'lgan kemalar muammosini hal qildi (
Menejment universiteti”Innovatsiyalarni boshqarish kafedrasi
fan: "Zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari"
Mavzu bo'yicha taqdimot: Yadro
energiya: uning mohiyati va
texnologiyada foydalanish va
texnologiyalar
Taqdimot rejasi
KirishAtom energiyasi.
Yadro energiyasining kashf etilishi tarixi
Yadro reaktori: yaratilish tarixi, tuzilishi,
asosiy tamoyillari, reaktorlarning tasnifi
Yadro energiyasidan foydalanish sohalari
Xulosa
Ishlatilgan manbalar
Kirish
Energetika milliy iqtisodiyotning eng muhim tarmog'ienergiya resurslarini qamrab olish, ishlab chiqarish, transformatsiya qilish,
turli energiya turlarini uzatish va ulardan foydalanish. Bu asos
davlat iqtisodiyoti.
Dunyoda jarayon bor sanoatlashtirishni talab qiladi
materiallarning qo'shimcha sarflanishi, bu energiya xarajatlarini oshiradi.
Aholining o'sishi bilan erga ishlov berish uchun energiya xarajatlari oshadi,
hosil yig'ish, o'g'it ishlab chiqarish va boshqalar.
Hozirgi vaqtda ko'plab tabiiy resurslar mavjud
sayyoralar tugaydi. Xom ashyoni qazib olish katta hajmda amalga oshiriladi
chuqur yoki dengizda. Cheklangan jahon zaxiralari
neft va gaz, go'yo, insoniyatni istiqbolidan ustun qo'yadi
energiya inqirozi.
Biroq, atom energiyasidan foydalanish insoniyatga beradi
buning oldini olish imkoniyati, chunki fundamental natijalari
Yadro fizikasi bo'yicha tadqiqotlar tahdidni bartaraf qilishi mumkin
chiqarilgan energiyadan foydalanish orqali energiya inqirozi
atom yadrolarining ayrim reaksiyalarida
Atom energiyasi
Yadro energiyasi (atom energiyasi) - bu energiya,atom yadrolarida mavjud va ajralib chiqadi
yadro reaksiyalarida. Atom elektr stansiyalari,
bu energiya ishlab chiqaradigan 13-14% ishlab chiqaradi
jahon elektr energiyasi ishlab chiqarish. .
Yadro energiyasining kashf etilishi tarixi
1895 yil V.K.Rentgen ionlashtiruvchi nurlanishni (rentgen nurlari) kashf etdi.1896 yil A. Bekkerel radioaktivlik hodisalarini ochdi.
1898 yil M. Sklodovska va P. Kyuri radioaktiv elementlarni kashf etdilar
Po (poloniy) va Ra (radiy).
1913 yil N. Bor atomlar va molekulalar tuzilishi nazariyasini ishlab chiqdi.
1932 yil J.Chedvik neytronlarni kashf etdi.
1939-yil O.Gan va F.Strassmann taʼsirida U yadrolarining boʻlinishini tekshirdilar.
sekin neytronlar.
1942 yil dekabr - Birinchi o'zini o'zi ta'minlash
SR-1 reaktorida boshqariladigan yadro bo'linish zanjiri reaktsiyasi (guruh
Chikago universiteti fiziklari, yetakchi E. Fermi).
1946 yil 25 dekabr - Birinchi sovet F-1 reaktori ishga tushirildi
kritik holat (boshchiligidagi fiziklar va muhandislar guruhi
I.V.Kurchatov)
1949 yil - birinchi Pu ishlab chiqarish reaktori ishga tushirildi
1954 yil 27 iyun - dunyodagi birinchi yadroviy qurol
Obninskdagi 5 MVt quvvatga ega elektr stantsiyasi.
1990-yillarning boshiga kelib, 430 dan ortiq yadroviy
umumiy quvvati taxminan bo'lgan quvvat reaktorlari. 340 GVt.
Yadro reaktorining yaratilish tarixi
Enriko Fermi (1901-1954)Kurchatov I.V. (1903-1960)
1942 yil AQShda E. Fermi boshchiligida birinchi
yadro reaktori.
1946 yil rahbarligida birinchi sovet reaktorini ishga tushirdi
Akademik I.V.Kurchatov.
Atom elektr stansiyasi reaktorining dizayni (soddalashtirilgan)
Asosiy elementlar:Yadro yoqilg'isi bilan yadro va
moderator;
Neytron reflektor, muhit
faol zona;
Sovutgich;
Zanjir reaktsiyasini boshqarish tizimi,
shu jumladan favqulodda vaziyatlardan himoya qilish
Radiatsiyaviy himoya
Masofadan boshqarish tizimi
Reaktorning asosiy xarakteristikasi
uning chiqish quvvati.
1 MVt quvvatda quvvat - 3 1016 bo'linma
1 soniyada.
Atom elektr stansiyasining sxematik joylashuvi
Geterogen reaktorning ko'ndalang kesimi
Yadro reaktorining tuzilishi
Neytronlarni ko'paytirish omili
Raqamning o'sish tezligini tavsiflaydineytronlar va sonning nisbatiga teng
har qanday avloddagi neytronlar
ularni tug'dirgan raqamga zanjirli reaktsiya
oldingi avlod neytronlari.
k=Si/Si-1
k<1 – Реакция затухает
k=1 - reaksiya statsionar davom etadi
k=1,006 – Boshqarish imkoniyati chegarasi
reaktsiyalar
k>1.01 - Portlash (yoqilgan reaktor uchun
termal neytron energiyasini chiqarish
soniyada 20 000 marta o'sadi).
Uran uchun odatiy zanjir reaktsiyasi;
10. Reaktor kadmiy yoki bor o'z ichiga olgan rodlar bilan boshqariladi.
Quyidagi turdagi novdalar ajralib turadi (qo'llash maqsadiga ko'ra):Kompensatsion novdalar - dastlabki ortiqcha miqdorini qoplash
reaktivlik, yoqilg'i yonib ketganda yaxshilanadi; 100 gacha
narsalar
Tekshirish tayoqlari - tanqidiylikni saqlash uchun
istalgan vaqtda davlat, to‘xtatish, boshlash
reaktor; biroz
Eslatma: novdalarning quyidagi turlari ajratiladi (maqsadiga ko'ra
ilovalar):
Tartibga soluvchi va kompensatsion novdalar ixtiyoriy
turli strukturaviy elementlardir.
ro'yxatdan o'tish
Crash rods - tortishish kuchi bilan tushib ketgan
faol zonaning markaziy qismiga; biroz. Balki
qo'shimcha ravishda tashlab yuborilgan va nazorat tayoqlarining bir qismi.
11. Yadro reaktorlarining neytron spektriga ko'ra tasnifi
Termal neytron reaktori ("termal reaktor")Issiqlik uchun bizga tezkor neytron moderatori (suv, grafit, berilliy) kerak
energiyalar (eV fraktsiyalari).
Moderator va strukturaviy materiallarda neytronlarning kichik yo'qotishlari =>
tabiiy va zaif boyitilgan uran yoqilg'i sifatida ishlatilishi mumkin.
Kuchli quvvatli reaktorlar uranni yuqori quvvat bilan ishlatishi mumkin
boyitish - 10% gacha.
Katta reaktivlik chegarasi talab qilinadi.
Tez neytron reaktori ("tezkor reaktor")
Moderator va sekinlashtiruvchi sifatida uran karbid UC, PuO2 va boshqalar ishlatiladi
neytronlar ancha kam (0,1-0,4 MeV).
Yoqilg'i sifatida faqat yuqori darajada boyitilgan urandan foydalanish mumkin. Lekin
shu bilan birga, yoqilg'i samaradorligi 1,5 baravar yuqori.
Neytron reflektor (238U, 232Th) talab qilinadi. Ular faol zonaga qaytadilar
0,1 MeV dan yuqori energiyaga ega tez neytronlar. 238U, 232Th yadrolari tomonidan tutilgan neytronlar,
239Pu va 233U bo'linuvchi yadrolarni olishga sarflangan.
Qurilish materiallarini tanlash assimilyatsiya kesimi bilan cheklanmaydi,
ancha kam reaktivlik.
Oraliq neytronlardagi reaktor
Tez neytronlar yutilishdan oldin 1-1000 eV energiyagacha sekinlashadi.
Termal reaktorlarga nisbatan yadro yoqilg'isining yuqori yuklanishi
neytronlar.
Yadro yoqilg'isini kengaytirilgan ko'paytirishni amalga oshirish mumkin emas, xuddi shunday
tez neytron reaktori.
12. Yoqilg'ining joylashishiga ko'ra
Bir hil reaktorlar - yoqilg'i va moderator bir hil reaktorni ifodalaydiaralashmasi
Yadro yoqilg'isi shaklida reaktor yadrosida joylashgan
bir hil aralashma: uran tuzlarining eritmalari; uran oksidlarining suspenziyalari
engil va og'ir suv; uran bilan singdirilgan qattiq moderator;
erigan tuzlar. Bilan bir hil reaktorlarning variantlari
gazsimon yoqilg'i (gazsimon uran birikmalari) yoki suspenziya
gazdagi uran changi.
Yadroda hosil bo'lgan issiqlik sovutish suvi (suv,
gaz va boshqalar) yadro orqali quvurlar orqali harakat qilish; yoki aralashma
moderatorli yoqilg'ining o'zi sovutish suvi sifatida xizmat qiladi,
issiqlik almashinuvchilari orqali aylanadi.
Keng qo'llanilmaydi (Tuzilishning yuqori korroziyasi
suyuq yoqilg'idagi materiallar, reaktorlarni loyihalashning murakkabligi
qattiq aralashmalar, past boyitilgan uranni ko'proq yuklash
yoqilg'i va boshqalar)
Heterojen reaktorlar - yoqilg'i yadroga diskret ravishda joylashtiriladi
bloklar shaklida, ular orasida moderator mavjud
Asosiy xususiyat - yonilg'i elementlarining mavjudligi
(TVELlar). Yoqilg'i tayoqlari turli shakllarga ega bo'lishi mumkin (tayoqlar, plitalar
va hokazo), lekin yoqilg'i o'rtasida har doim aniq chegara mavjud,
moderator, sovutish suvi va boshqalar.
Bugungi kunda ishlatiladigan reaktorlarning aksariyati
heterojen, bu ularning dizayn afzalliklari bilan bog'liq
bir hil reaktorlar bilan solishtirganda.
13. Foydalanish xususiyatiga ko'ra
IsmMaqsad
Quvvat
eksperimental
reaktorlar
Har xil jismoniy miqdorlarni o'rganish,
qadriyatlari kim uchun zarurdir
yadroviy qurilmani loyihalash va ishlatish
reaktorlar.
~103 Vt
Tadqiqot
reaktorlar
Yaratilgan neytronlar va g-kvantalarning oqimlari
yadro, uchun ishlatiladi
yadro fizikasi sohasidagi tadqiqotlar,
qattiq jismlar fizikasi, radiatsiya kimyosi,
biologiya, sinov materiallari uchun,
intensiv ishlash uchun mo'ljallangan
neytron oqimlari (shu jumladan yadro qismlari
reaktorlar), izotoplar ishlab chiqarish uchun.
<107Вт
Taniqli
menga energiya yoqadi
qoida emas
ishlatilgan
Izotop reaktorlari
ishlatiladigan izotoplar ishlab chiqarish uchun
yadroviy qurollar, masalan, 239Pu va in
sanoat.
~103 Vt
Energiya
reaktorlar
Elektr va termal uchun
energetika sanoatida ishlatiladigan energiya
suvni tuzsizlantirish, quvvatni haydash uchun
kema qurilmalari va boshqalar.
3-5 109 Vt gacha
14. Geterogen reaktorni yig'ish
Geterogen reaktorda yadro yoqilg'isi faol ravishda taqsimlanadizona diskret ravishda bloklar shaklida bo'lib, ular orasida mavjud
neytron moderatori
15. Og'ir suvli yadro reaktori
AfzalliklarKichikroq assimilyatsiya kesimi
Neytronlar => Yaxshilangan
neytron balansi =>
sifatida foydalaning
tabiiy uran yoqilg'isi
Yaratish qobiliyati
sanoat og'ir suv
ishlab chiqarish uchun reaktorlar
tritiy va plutoniy, va
keng doiradagi izotopik
mahsulotlar, shu jumladan
tibbiy maqsad.
Kamchiliklar
Deyteriyning yuqori narxi
16. Tabiiy yadro reaktori
Tabiatda, kabi sharoitlardasun'iy reaktor,
tabiiy zonalar
yadro reaktori.
Ma'lum bo'lgan yagona tabiiy
yadro reaktori 2 mlrd
yil oldin Oklo mintaqasida (Gabon).
Kelib chiqishi: uran rudalarining juda boy venasi suv oladi
neytron moderatori rolini o'ynaydigan sirt. Tasodifiy
parchalanish zanjir reaktsiyasini boshlaydi. O'zining faol oqimi bilan suv qaynab ketadi,
reaktsiya zaiflashadi - o'z-o'zini tartibga solish.
Reaksiya ~ 100 000 yil davom etdi. Buning sababi hozircha mumkin emas
tabiiy parchalanish natijasida yo'q bo'lgan uran.
Migratsiyani o‘rganish uchun dala so‘rovlari o‘tkazilmoqda
izotoplar - er osti yo'q qilish texnikasini rivojlantirish uchun muhim
radioaktiv chiqindilar.
17. Atom energiyasidan foydalanish sohalari
Atom elektr stansiyasiIkki pallali atom elektr stantsiyasining ishlash sxemasi
bosimli suv quvvati reaktori (VVER)
18.
Atom elektr stantsiyalariga qo'shimcha ravishda yadro reaktorlari ham qo'llaniladi:yadro muzqaymoqlarida
yadroviy suv osti kemalarida;
yadroviy raketalarning ishlashi paytida
dvigatellar (ayniqsa AMS uchun).
19. Kosmosdagi yadro energiyasi
kosmik zondCassini tomonidan yaratilgan
NASA va ESA loyihasi,
uchun 10/15/1997 ishga tushirilgan
bir qator tadqiqotlar
Quyosh ob'ektlari
tizimlari.
Energiya ishlab chiqarish
uch tomonidan amalga oshirildi
radioizotop
termoelektrik
generatorlar: Cassini
bortda 30 kg 238Pu olib yuradi,
qaysi, parchalanib ketadi,
issiqlik beradi
ga aylantirildi
elektr energiyasi
20. "Prometey 1" kosmik kemasi
NASA yadroviy reaktor ishlab chiqmoqda,sharoitlarda ishlashga qodir
vaznsizlik.
Maqsad - bo'sh joyni ta'minlash
loyihaga muvofiq "Prometey 1" kemasi
Yupiterning yo'ldoshlarida hayot izlash.
21. Bomba. Boshqarilmaydigan yadro reaktsiyasi printsipi.
Yagona jismoniy ehtiyoj - bu tanqidiy fikrni olishk>1,01 uchun massalar. Boshqarish tizimlarini ishlab chiqish shart emas -
atom energiyasidan arzonroq.
Qurol usuli
Ikki subkritik uran ingotlari birlashganda oshadi
tanqidiy. 235U boyitish darajasi kamida 80% ni tashkil qiladi.
Ushbu turdagi chaqaloq bombasi Xirosimaga tashlangan 45.06.08 8:15
(6 oy ichida 78-240 ming o'ldirilgan, 140 ming kishi vafot etgan)
22. Portlovchi siqish usuli
Kompleks yordamida plutoniyga asoslangan bombaan'anaviy portlovchi moddani bir vaqtning o'zida portlatish tizimi siqilgan
superkritik o'lcham.
Nagasakiga shunday turdagi "Semiz odam" bombasi tashlangan
09/08/45 11:02
(75 ming o'ldirilgan va yaralangan).
23. Xulosa
Energiya muammosi eng muhim muammolardan biridirbugun buni insoniyat hal qiladi. Allaqachon tanish bo'ling
ilm-fan va texnologiya yutuqlari tezkor aloqa vositasi sifatida
transport, kosmik tadqiqotlar. Ammo bularning barchasi talab qiladi
katta energiya xarajatlari.
Energiya ishlab chiqarish va iste'mol qilishning keskin o'sishi yangi narsani ilgari surdi
atrof-muhitning ifloslanishining o'tkir muammosi, ya'ni
insoniyat uchun jiddiy xavf.
Yaqin o'n yilliklarda jahon energiya ehtiyojlari
tez ortadi. Yagona energiya manbai yo'q
ularni ta'minlashi mumkin, shuning uchun barcha manbalarni ishlab chiqish kerak
energiya va energiya resurslaridan samarali foydalanish.
Energetika rivojlanishining keyingi bosqichida (XXI asrning birinchi o'n yilliklari)
ko'mir energetikasi va atom energetikasi eng istiqbolli bo'lib qoladi
issiqlik va tez neytron reaktorlari bilan energetika. Biroq, mumkin
insoniyat taraqqiyot yo'lida to'xtab qolmasligiga umid qilaman,
doimiy ortib borayotgan energiya iste'moli bilan bog'liq.
Atom zarrachalar bulutlari bilan o'ralgan yadrodan iborat elektronlar(rasmga qarang). Atomlarning yadrolari - barcha moddalarni tashkil etuvchi eng kichik zarralar - sezilarli zaxirani o'z ichiga oladi. Aynan shu energiya radioaktiv elementlarning parchalanishi paytida nurlanish shaklida chiqariladi. Radiatsiya hayot uchun xavfli, ammo yadroviy reaktsiyalar ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Radiatsiya tibbiyotda ham qo'llaniladi.
Radioaktivlik
Radioaktivlik beqaror atomlar yadrolarining energiyani chiqarish xususiyatidir. Ko'pgina og'ir atomlar beqaror, engilroq atomlar esa radioizotoplarga ega, ya'ni. radioaktiv izotoplar. Radioaktivlikning sababi atomlarning barqaror bo'lishga moyilligidir ("" maqolasiga qarang). Radioaktiv nurlanishning uch turi mavjud: alfa nurlari, beta nurlari va gamma nurlari. Ular yunon alifbosining birinchi uchta harfi sharafiga nomlangan. Dastlab, yadro alfa yoki beta nurlarini chiqaradi va agar u hali ham beqaror bo'lsa, yadro ham gamma nurlarini chiqaradi. 
Rasmda siz uchta atom yadrosini ko'rasiz. Ular beqaror va ularning har biri uch turdagi nurlardan birini chiqaradi. Beta zarralari juda yuqori energiyaga ega elektronlardir. Ular neytronning parchalanishi natijasida paydo bo'ladi. Alfa zarralari ikkita proton va ikkita neytrondan iborat. Geliy atomining yadrosi aynan bir xil tarkibga ega. Gamma nurlari yorug'lik tezligida tarqaladigan yuqori energiyali elektromagnit nurlanishdir.
Alfa zarralari sekin harakat qiladi va qog'oz parchasidan qalinroq materiya qatlami ularni ushlab turadi. Ular geliy atomlarining yadrolaridan farq qilmaydi. Olimlarning fikricha, Yerdagi geliy tabiiy radioaktivlik mahsulidir. Alfa zarrasi 10 sm dan kamroq uchadi va qalin qog'oz varag'i uni to'xtatadi. Beta zarracha havoda 1 metrga uchadi. 1 mm qalinlikdagi mis varaq uni ushlab turishi mumkin. 13 millimetrli qo'rg'oshin qatlamidan yoki 120 metrli qatlamdan o'tganda gamma nurlarining intensivligi ikki baravar pasayadi.
Radioaktiv moddalar radiatsiya oqib chiqmasligi uchun qalin devorli qo'rg'oshinli idishlarda tashiladi. Radiatsiya ta'siri odamlarda kuyish, katarakta va saratonga olib keladi. Radiatsiya darajasi yordamida o'lchanadi Geiger hisoblagichi. Ushbu qurilma radioaktiv nurlanish aniqlanganda klik chiqaradi. Zarrachalarni chiqargandan so'ng, yadro yangi atom raqamini oladi va boshqa elementning yadrosiga aylanadi. Bu jarayon deyiladi radioaktiv parchalanish. Agar yangi element ham beqaror bo'lsa, parchalanish jarayoni barqaror yadro hosil bo'lguncha davom etadi. Masalan, plutoniy-2 atomi (uning massasi 242) nisbiy atom massasi 4 (2 proton va 2 neytron) bo'lgan alfa zarrachasini chiqarganda, uran atomiga aylanadi - 238 (atom massasi 238). Yarim hayot ma'lum bir moddaning namunasidagi barcha atomlarning yarmi parchalanishi uchun ketadigan vaqt. Turli xillarning yarim umri har xil. Radiy-221 ning yarim yemirilish davri 30 soniya, uranniki esa 4,5 milliard yil.
Yadro reaksiyalari
Yadro reaktsiyalarining ikki turi mavjud: yadroviy sintez va yadroning bo'linishi (bo'linishi).. "Sintez" - "bog'lanish" degan ma'noni anglatadi; yadro sintezida ikkita yadro birlashadi va bitta katta. Yadro sintezi faqat juda yuqori haroratlarda sodir bo'lishi mumkin. Birlashish jarayonida juda katta miqdordagi energiya chiqariladi. Yadro sintezida ikkita yadro bitta katta yadroga birlashadi. 1992 yilda KOBE sun'iy yo'ldoshi kosmosda nurlanishning maxsus turini aniqladi, bu uning radiatsiya deb ataladigan narsa natijasida hosil bo'lgan nazariyani tasdiqlaydi. katta portlash. “Boʻlinish” atamasidan koʻrinib turibdiki, yadrolar parchalanib, yadro energiyasini chiqaradi. Bu yadrolarni neytronlar bilan bombardimon qilganda va radioaktiv moddalarda yoki maxsus qurilmada sodir bo'lganda mumkin. zarracha tezlatgichi. Yadro bo'linadi, neytronlarni chiqaradi va ulkan energiya chiqaradi.
Atom energiyasi
Yadro reaktsiyalari natijasida ajralib chiqadigan energiya elektr energiyasini ishlab chiqarish va atom suv osti kemalari va samolyot tashuvchilar uchun quvvat manbai sifatida ishlatilishi mumkin. Atom elektr stantsiyasining ishlashi yadro reaktorlarida yadro parchalanishiga asoslangan. Uran kabi radioaktiv moddadan yasalgan tayoq neytronlar bilan bombardimon qilinadi. Uran yadrolari parchalanib, energiya chiqaradi. Bu yangi neytronlarni chiqaradi. Bunday jarayon deyiladi zanjir reaktsiyasi. Yoqilg'i massasi birligidan elektr stantsiyalari boshqa elektr stantsiyalarga qaraganda ko'proq energiya ishlab chiqaradi, ammo xavfsizlik choralari va radioaktiv chiqindilarni yo'q qilish juda qimmat.
Yadroviy qurol
Yadro qurollarining ishlashi juda katta miqdordagi yadro energiyasining nazoratsiz chiqarilishi dahshatli portlashga olib kelishiga asoslanadi. Ikkinchi jahon urushi oxirida AQSh Yaponiyaning Xirosima va Nagasaki shaharlariga atom bombalarini tashladi. Yuz minglab odamlar halok bo'ldi. Atom bombalariga asoslanadi parchalanish reaktsiyalari, vodorod - yoqilgan sintez reaktsiyalari. Rasmda Xirosimaga tashlangan atom bombasi tasvirlangan.
radiokarbon usuli
Radiokarbon usuli organizmning o'limidan keyin o'tgan vaqtni aniqlaydi. Tirik mavjudotlar oz miqdorda uglerod-14, uglerodning radioaktiv izotopidan iborat. Uning yarim yemirilish davri 5700 yil. Organizm o'lganida, uglerod-14 ning to'qimalar zahiralari tugaydi, izotop parchalanadi va qolgan miqdor organizmning qancha vaqt o'lganini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Radiokarbon usuli tufayli siz otilish qancha vaqt oldin sodir bo'lganligini bilib olishingiz mumkin. Buning uchun lava va gulchanglarda muzlatilgan hasharotlardan foydalaning.
Radioaktivlik yana qanday ishlatiladi?
Sanoatda radiatsiya yordamida qog'oz yoki plastmassa varaqning qalinligi aniqlanadi ("" maqolasiga qarang). Plitalar orqali o'tadigan beta-nurlarining intensivligidan, hatto uning qalinligining ozgina bir xilligi ham aniqlanishi mumkin. Oziq-ovqatlar - mevalar, go'sht - ularni yangi saqlash uchun gamma nurlari bilan nurlanadi. Radioaktivlikdan foydalanib, shifokorlar tanadagi moddaning yo'lini kuzatadilar. Misol uchun, bemorning tanasida shakar qanday taqsimlanishini aniqlash uchun shifokor shakar molekulalariga bir oz uglerod-14 ni yuborishi va bu moddaning tanaga kirib borishini kuzatishi mumkin. Radioterapiya, ya'ni bemorni qat'iy dozalangan nurlanish qismlari bilan nurlantirish saraton hujayralarini - tananing o'sib chiqqan hujayralarini o'ldiradi.
1.Kirish
2.Radioaktivlik
3. Yadro reaktorlari
4. Termoyadro reaktorining muhandislik jihatlari
5. Yadro reaksiyasi. Atom energiyasi.
6.Gamma nurlari
7.Yadro reaktori
8.Atom energetikasini qurish tamoyillari
9. Ertaga yadroviy sintez
10. Xulosa
11. Adabiyotlar ro'yxati
KIRISH: fizika nimani o'rganadi?
Fizika - tabiatning eng oddiy va ayni paytda eng umumiy qonunlarini, materiyaning tuzilishi va harakat qonunlarini o'rganadigan tabiat haqidagi fan. Fizika tegishli aniq fanlar. Uning tushunchalari va qonuniyatlari tabiatshunoslikning asosini tashkil qiladi. Fizika va boshqa tabiiy fanlarni ajratib turuvchi chegaralar tarixan o'zboshimchalikdir. Umuman olganda, fizika eksperimental fan ekanligi umumiy qabul qilinadi, chunki u tomonidan kashf etilgan qonunlar empirik tarzda tasdiqlangan ma'lumotlarga asoslanadi. Fizik qonunlar matematika tilida ifodalangan miqdoriy nisbatlar ko'rinishida taqdim etiladi. Umuman olganda, fizika yangi faktlarni o'rnatish va gipotezalar va ma'lum fizik qonunlarni tekshirish uchun tajribalar o'tkazish bilan shug'ullanadigan eksperimental va fizik qonunlarni shakllantirishga, bu qonunlarga asoslanib tushuntirishga qaratilgan nazariy fanlarga bo'linadi. tabiiy hodisalar va yangi hodisalarni bashorat qilish.
Fizikaning tuzilishi murakkab. U turli fanlar yoki bo'limlarni o'z ichiga oladi. O'rganilayotgan ob'ektlarga ko'ra elementar zarralar fizikasi, yadro fizikasi, atomlar va molekulalar fizikasi, gazlar va suyuqliklar fizikasi, plazma fizikasi, qattiq jismlar fizikasi farqlanadi. O'rganilayotgan jarayonlar yoki materiya harakati shakllariga qarab, moddiy nuqtalar mexanikasi va qattiq moddalar, uzluksiz mexanika (shu jumladan akustika), termodinamika va statistik mexanika, elektrodinamika (shu jumladan optika), tortishish nazariyasi, kvant mexanikasi va kvant maydon nazariyasi. Olingan bilimlarning iste'molchi yo'nalishiga qarab, fundamental va amaliy fizika ajratiladi. Mexanik, akustik, elektr va optik tebranishlar va to'lqinlarni yagona nuqtai nazardan ko'rib chiqadigan tebranishlar va to'lqinlar haqidagi ta'limotni ajratib ko'rsatish ham odatiy holdir. Fizika fizikaning barcha sohalarini qamrab oluvchi va fizik hodisalar va voqelik jarayonlarining mohiyatini toʻliq aks ettiruvchi fundamental fizikaviy tamoyillar va nazariyalarga asoslanadi.
Dajla, Furot va Nil (Bobil, Ossuriya, Misr) qirg'oqlarida paydo bo'lgan ilk tsivilizatsiyalardan jismoniy bilimlar sohasidagi yutuqlar haqida hech qanday dalil yo'q, arxitektura inshootlarida, maishiy va hokazolarda mujassamlanganlar bundan mustasno. . bilim mahsulotlari. Har xil turdagi inshootlarni qurishda, uy-ro'zg'or buyumlari, qurol-yarog'lar va boshqalarni yasashda odamlar ko'plab jismoniy kuzatishlar, texnik tajribalar va ularni umumlashtirishning ma'lum natijalaridan foydalanganlar. Aytish mumkinki, ma'lum empirik fizik bilimlar mavjud edi, lekin jismoniy bilimlar tizimi mavjud emas edi.
Qadimgi Xitoyda jismoniy tasvirlar ham turli xil texnik faoliyatlar asosida paydo bo'lgan, ular davomida turli texnologik retseptlar ishlab chiqilgan. Tabiiyki, birinchi navbatda, mexanik tasvirlar ishlab chiqilgan. Shunday qilib, xitoyliklar kuch (sizni harakatga keltiradigan), qarshi harakat (harakatni to'xtatadigan narsa), tutqich, blok, og'irliklarni taqqoslash (standart bilan taqqoslash) haqida g'oyalarga ega edi. Optika sohasida xitoyliklar "kamera obscura" da teskari tasvirni shakllantirish g'oyasiga ega edilar. Miloddan avvalgi VI asrda allaqachon. ular magnitlanish hodisalarini - temirning magnit tomonidan tortilishini bilishgan, buning asosida kompas yaratilgan. Akustika sohasida ular garmoniya qonunlarini, rezonans hodisalarini bilishgan. Ammo bu hali ham nazariy tushuntirishga ega bo'lmagan empirik g'oyalar edi.
Qadimgi Hindistonda natural-falsafiy g'oyalarning asosini besh element - yer, suv, olov, havo va efir haqidagi ta'limot tashkil etadi. Shuningdek, moddaning atom tuzilishi haqida taxminlar mavjud edi. Materiyaning og'irlik, suyuqlik, yopishqoqlik, elastiklik va boshqalar kabi xususiyatlari, harakat va uni keltirib chiqaradigan sabablar haqida original g'oyalar ishlab chiqilgan. VI asrga kelib. Miloddan avvalgi. ba'zi sohalarda empirik fizik tushunchalar asl nazariy konstruktsiyalarga (optikada, akustikada) o'tish tendentsiyasini ko'rsatadi.
Radioaktivlik hodisasi yoki yadrolarning oʻz-oʻzidan yemirilishi 1896-yilda fransuz fizigi A.Bekkerel tomonidan kashf etilgan.Uran va uning birikmalari shaffof boʻlmagan jismlarga oʻtib ketadigan nurlar yoki zarrachalar chiqarishini va fotoplastinkani yoritib bera olishini, Bekkerel nurlanishni aniqladi. intensivlik faqat uran kontsentratsiyasiga mutanosib bo'lib, tashqi sharoitga (harorat, bosim) va uranning har qanday kimyoviy birikmalarda mavjudligiga bog'liq emas.
Ingliz fiziklari E.Rezerford va F.Soddi barcha radioaktiv jarayonlarda atom yadrolarining oʻzaro oʻzgarishlari sodir boʻlishini isbotladilar. kimyoviy elementlar. Ushbu jarayonlarga hamroh bo'lgan radiatsiya xususiyatlarini o'rganish magnit va elektr maydonlari, a-zarralar (geliy yadrolari), b-zarrachalar (elektronlar) va g-nurlariga (juda qisqa toʻlqin uzunligi boʻlgan elektromagnit nurlanish) boʻlinishini koʻrsatdi.
G-kvanta, a-, b- yoki boshqa zarrachalarni chiqaradigan atom yadrosi deyiladi. radioaktiv yadro. Tabiatda 272 ta barqaror atom yadrolari mavjud. Boshqa barcha yadrolar radioaktivdir va ular deyiladi radioizotoplar.
Yadroning bog'lanish energiyasi uning tarkibiy qismlarga bo'linishiga chidamliligini tavsiflaydi. Agar yadroning bog'lanish energiyasi uning parchalanish mahsulotlarining bog'lanish energiyasidan kam bo'lsa, bu yadro o'z-o'zidan (o'z-o'zidan) parchalanishi mumkinligini anglatadi. Alfa parchalanishi paytida alfa zarralari deyarli barcha energiyani olib ketadi va uning faqat 2% ikkilamchi yadroga tushadi. Alfa parchalanishida massa raqami 4 birlikka, atom raqami esa ikki birlikka o'zgaradi.
Alfa zarrachaning dastlabki energiyasi 4-10 MeV ni tashkil qiladi. Alfa zarralari katta massa va zaryadga ega bo'lganligi sababli, ularning havodagi o'rtacha erkin yo'li qisqa. Masalan, uran yadrosi chiqaradigan alfa zarralarining havodagi o'rtacha erkin yo'li 2,7 sm, radiy chiqaradigan esa 3,3 sm.
Bu massa raqamini o'zgartirmasdan, seriya raqamini o'zgartirish bilan atom yadrosini boshqa yadroga aylantirish jarayonidir. b-emirilishning uch turi mavjud: elektron, pozitron va orbital elektronning atom yadrosi tomonidan tutilishi. oxirgi parchalanish turi ham keng tarqalgan deb ataladi Kimga- tutib olish, chunki bu holda elektronning yadroga eng yaqin qismidan yutilishi Kimga chig'anoqlar. dan elektronlarning yutilishi L va M chig'anoqlar ham mumkin, lekin kamroq. b-faol yadrolarning yarim yemirilish davri juda keng diapazonda o'zgarib turadi.
Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan beta-faol yadrolarning soni bir yarim mingga yaqin, ammo ulardan faqat 20 tasi tabiiy beta-radioaktiv izotoplardir. Qolganlarning hammasi sun'iy ravishda olinadi.
Emirilish vaqtida chiqarilgan elektronlarning kinetik energiyasining uzluksiz taqsimlanishi elektron bilan bir qatorda antineytrino ham ajralib chiqishi bilan izohlanadi. Agar antineytrinolar bo'lmasa, elektronlar qoldiq yadro impulsiga teng bo'lgan qat'iy belgilangan impulsga ega bo'lar edi. Spektrdagi keskin tanaffus beta parchalanish energiyasiga teng kinetik energiya qiymatida kuzatiladi. Bunda yadro va antineytrinolarning kinetik energiyalari nolga teng bo'lib, elektron reaksiya jarayonida ajralib chiqqan barcha energiyani olib ketadi.
Elektron parchalanish paytida qoldiq yadro massa raqamini saqlab qolgan holda, asl nusxadan bir ko'proq seriya raqamiga ega. Bu shuni anglatadiki, qoldiq yadroda protonlar soni bittaga ko'paygan, neytronlar soni esa, aksincha, kamroq bo'lgan: N=A-(Z+1).
Pozitron yemirilishida nuklonlarning umumiy soni saqlanib qoladi, lekin oxirgi yadroda dastlabkisiga qaraganda bir neytron ko'p bo'ladi. Shunday qilib, pozitron parchalanishini bitta proton yadrosi ichidagi pozitron va neytrinoning emissiyasi bilan neytronga aylanish reaktsiyasi sifatida talqin qilish mumkin.
Kimga elektron suratga olish atomning orbital elektronlaridan birining atomi tomonidan yutilish jarayonini bildiradi. Yadroga eng yaqin orbitadan elektronni olish ehtimoli katta bo'lganligi sababli, elektronlar eng ko'p so'riladi. Kimga- qobiqlar. Shuning uchun bu jarayon ham deyiladi Kimga- qo'lga olish.
Elektronlarni tortib olish ehtimoli ancha past L-,M- chig'anoqlar. dan elektronni tortib olgandan keyin Kimga-qobiq, elektronlarning orbitadan orbitaga ketma-ket o'tishlari sodir bo'ladi, yangi atom holati hosil bo'ladi, rentgen kvanti chiqariladi.
Barqaror yadrolar eng past energiya holatidadir. Bu holat asosiy davlat deb ataladi. Biroq, atom yadrolarini turli zarrachalar yoki yuqori energiyali protonlar bilan nurlantirish orqali ularga ma'lum bir energiya o'tkazilishi va shuning uchun ular yuqori energiyaga mos keladigan holatlarga o'tishi mumkin. Bir muncha vaqt o'tgach, hayajonlangan holatdan asosiy holatga o'tib, atom yadrosi qo'zg'alish energiyasi etarlicha yuqori bo'lsa, zarrachani yoki yuqori energiyali elektromagnit nurlanishni - gamma kvantni chiqarishi mumkin.
Qo'zg'atilgan yadro diskret energiya holatlarida bo'lgani uchun gamma nurlanish ham chiziqli spektr bilan tavsiflanadi.
Og'ir yadrolarning bo'linishi natijasida bir nechta erkin neytronlar hosil bo'ladi. Bu og'ir elementlarni o'z ichiga olgan muhitda tarqaladigan neytronlar yangi erkin neytronlarning chiqishi bilan ularning bo'linishiga olib kelishi mumkin bo'lgan bo'linish zanjiri reaktsiyasini tashkil qilish imkonini beradi. Agar atrof-muhit shunday bo'lsa, yangi tug'ilgan neytronlar soni ko'paysa, bo'linish jarayoni qor ko'chkisi kabi o'sib boradi. Agar keyingi parchalanish paytida neytronlar soni kamaysa, yadro zanjiri reaktsiyasi parchalanadi.
Statsionar zanjirli yadro reaktsiyasini olish uchun, shubhasiz, shunday sharoit yaratish kerakki, neytronni yutgan har bir yadro bo'linish paytida o'rtacha ikkinchi og'ir yadroning bo'linishiga ketadigan bitta neytronni chiqaradi.
Yadro reaktori - bu ba'zi og'ir yadrolarning bo'linishining boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi amalga oshiriladigan va saqlanadigan qurilma.
Reaktorda zanjirli yadroviy reaksiya faqat ma'lum miqdordagi bo'linuvchi yadrolar bilan amalga oshirilishi mumkin, ular har qanday neytron energiyasida bo'linishi mumkin. Parchalanuvchi materiallardan eng muhimi 235 U izotopi bo'lib, uning tabiiy urandagi ulushi atigi 0,714% ni tashkil qiladi.
238 U energiyasi 1,2 MeV dan oshadigan neytronlarga bo'lingan bo'lsa-da, tabiiy urandagi tez neytronlarda o'z-o'zini ta'minlaydigan zanjir reaktsiyasi 238 U yadrolarining tez neytronlar bilan elastik o'zaro ta'sirining yuqori ehtimoli tufayli mumkin emas. Bunday holda, neytron energiyasi 238 U yadrolarning bo'linish energiyasidan past bo'ladi.
Moderatordan foydalanish 238 U da rezonans yutilishning pasayishiga olib keladi, chunki neytron moderator yadrolari bilan to'qnashuv natijasida rezonans energiyalar hududidan o'tishi va 235 U, 239 Pu, 233 U yadrolari tomonidan so'rilishi mumkin, bo'linish kesimi neytron energiyasining kamayishi bilan sezilarli darajada oshadi. Moderatorlar sifatida past massali va kichik yutilish kesimiga ega bo'lgan materiallar (suv, grafit, berilliy va boshqalar) ishlatiladi.
Boʻlinish zanjiri reaksiyasini xarakterlash uchun koʻpayish omili K deb ataladigan kattalikdan foydalaniladi.Bu maʼlum avlod neytronlari sonining oldingi avlod neytronlari soniga nisbati. Statsionar boʻlinish zanjiri reaksiyasi uchun K=1. K=1 kritik deb ataladigan naslchilik tizimi (reaktor). Agar K > 1 bo'lsa, tizimdagi neytronlar soni ortadi va bu holda u over kritik deb ataladi. K.da< 1 происходит уменьшение числа нейтронов, и система называется под критической. В стационарном состоянии реактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающих реактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическом реакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемый энергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтронов различных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектра нейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) и других материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если большая часть делений происходит при поглощении тепловых нейтронов, то такой реактор называется реактором на тепловых нейтронах. Энергия нейтронов в такой системе не превышает 0.2 эВ. Если большая часть делений в реакторе происходит при поглощении быстрых нейтронов, такой реактор называется реактором на быстрых нейтронах.
Termal neytron reaktorining yadrosida yadro yoqilg'isi bilan bir qatorda moderatorning sezilarli massasi, katta tarqalish kesimi va kichik yutilish kesimi bilan tavsiflangan modda mavjud.
Reaktor yadrosi deyarli har doim, maxsus reaktorlar bundan mustasno, ko'p tarqalish tufayli neyronlarning bir qismini yadroga qaytaradigan reflektor bilan o'ralgan.
Tez neyronlarga asoslangan reaktorlarda faol zona ko'payish zonalari bilan o'ralgan. Ularda parchalanuvchi izotoplar to'planadi. Bundan tashqari, reproduktsiya zonalari reflektor funktsiyalarini ham bajaradi.
Yadro reaktorida parchalanish mahsulotlarining to'planishi mavjud bo'lib, ular shlaklar deb ataladi. Shlakning mavjudligi erkin neytronlarning qo'shimcha yo'qotishlariga olib keladi.
Yadro reaktorlari yoqilg'i va moderatorning o'zaro joylashishiga qarab, bir hil va geterogenga bo'linadi. Bir hil reaktorda yadro eritma, aralashma yoki eritma ko'rinishidagi yoqilg'i, moderator va sovutish suvining bir hil massasidir. Reaktor heterojen deb ataladi, unda bloklar yoki yonilg'i agregatlari ko'rinishidagi yoqilg'i moderatorga joylashtiriladi va unda muntazam geometrik panjara hosil qiladi.
Reaktorning ishlashi paytida issiqlikni olib tashlaydigan elementlarda (yoqilg'i tayoqchalarida), shuningdek uning barcha strukturaviy elementlarida turli miqdorlar issiqlik chiqariladi. Bu, birinchi navbatda, bo'linish bo'laklarini, ularning beta va gamma nurlanishini, shuningdek, neyronlar bilan o'zaro ta'sir qiluvchi yadrolarni inhibe qilish va nihoyat, tez neyronlarning sekinlashishi bilan bog'liq. Yoqilg'i yadrosining bo'linishidagi bo'laklar yuzlab milliard daraja haroratga mos keladigan tezliklarga ko'ra tasniflanadi.
Haqiqatan ham, E= mu 2 = 3RT, bu erda E - bo'laklarning kinetik energiyasi, MeV; R \u003d 1.38 10 -23 J / K - Boltzman doimiysi. 1 MeV = 1,6 10 -13 J ekanligini hisobga olsak, biz 1,6 10 -6 E = 2,07 10 -16 T, T = 7,7 10 9 E ni olamiz. Bo'laklarning bo'linishi uchun eng mumkin bo'lgan energiya qiymatlari engil bo'lak uchun 97 MeV va Og'ir uchun 65 MeV. Keyin engil bo'lak uchun mos keladigan harorat 7,5 10 11 K, og'ir uchun - 5 10 11 K. Yadro reaktorida erishish mumkin bo'lgan harorat nazariy jihatdan deyarli cheksiz bo'lsa-da, amalda cheklovlar strukturaning maksimal ruxsat etilgan harorati bilan belgilanadi. materiallar va yoqilg'i elementlari.
Yadro reaktorining xususiyati shundaki, parchalanish energiyasining 94% bir zumda issiqlikka aylanadi, ya'ni. reaktorning kuchi yoki undagi materiallarning zichligi sezilarli darajada o'zgarishiga vaqt topa olmaydigan vaqt ichida. Shuning uchun, reaktor quvvati o'zgarganda, issiqlik chiqishi kechiktirmasdan yoqilg'ining bo'linish jarayonini kuzatib boradi. Biroq, reaktor o'chirilganda, bo'linish tezligi o'nlab martadan ko'proq pasayganda, unda kechiktirilgan issiqlik chiqarish manbalari (bo'linish mahsulotlarining gamma va beta nurlanishi) qoladi, ular ustun bo'ladi.
Yadro reaktorining kuchi undagi neyron oqimining zichligiga mutanosibdir, shuning uchun har qanday quvvatga nazariy jihatdan erishish mumkin. Amalda cheklovchi quvvat reaktorda ajralib chiqadigan issiqlikni olib tashlash tezligi bilan belgilanadi. Zamonaviy quvvat reaktorlarida o'ziga xos issiqlikni olib tashlash 10 2 - 10 3 MVt / m 3, vorteksda - 10 4 - 10 5 MVt / m 3 ni tashkil qiladi.
Issiqlik reaktordan u orqali aylanib yuradigan sovutish suvi orqali chiqariladi. xarakterli xususiyat reaktor bo'linish reaktsiyasi tugaganidan keyin qoldiq issiqlik bo'lib, u reaktor yopilgandan keyin uzoq vaqt davomida issiqlikni olib tashlashni talab qiladi. Qoldiq issiqlik chiqishi nominaldan ancha past bo'lsa-da, reaktor orqali sovutish suyuqligining aylanishi juda ishonchli ta'minlanishi kerak, chunki parchalanish issiqligini nazorat qilib bo'lmaydi. Haddan tashqari qizib ketish va yonilg'i elementlarining shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun bir muddat ishlayotgan reaktordan sovutish suvini olib tashlash qat'iyan man etiladi.
Yadro energetika reaktori - bu og'ir elementlarning yadroviy bo'linishining boshqariladigan zanjirli reaktsiyasi amalga oshiriladigan va bu vaqt davomida chiqarilgan issiqlik energiyasi sovutish suvi tomonidan olib tashlanadigan qurilma. Yadro reaktorining asosiy elementi yadrodir. U yadro yoqilg'isini o'z ichiga oladi va bo'linish zanjiri reaktsiyasini amalga oshiradi. Faol zona - bu ma'lum bir tarzda joylashtirilgan yadro yoqilg'isini o'z ichiga olgan yoqilg'i elementlari to'plami. Termal neytron reaktorlari moderatordan foydalanadi. Sovutish suyuqligi yadrodan o'tib, yonilg'i elementlarini sovutadi. Ba'zi turdagi reaktorlarda moderator va sovutish suvi rolini bir xil modda, masalan, oddiy yoki og'ir suv bajaradi. Uchun
reaktorning ishlashini nazorat qilish uchun yadroga neytronni yutish kesimi katta bo'lgan materiallardan tayyorlangan boshqaruv rodlari kiritiladi. Quvvat reaktorlarining yadrosi neytron reflektori bilan o'ralgan - yadrodan neytronlarning oqishini kamaytirish uchun moderator materiali qatlami. Bundan tashqari, reflektor tufayli neytron zichligi va energiya chiqishi yadro hajmi bo'yicha tenglashtiriladi, bu esa berilgan zona o'lchamlari uchun ko'proq quvvat olish, yoqilg'ining bir xil yonishini ta'minlash, ish vaqtini ko'paytirish imkonini beradi. yonilg'i quyishsiz reaktor va issiqlikni olib tashlash tizimini soddalashtirish. Reflektor neytronlar va gamma kvantlarning sekinlashishi va so'rilishi energiyasi tufayli isitiladi, shuning uchun uning sovishi ta'minlanadi. Yadro, reflektor va boshqa elementlar, odatda, biologik himoya bilan o'ralgan, germetik yopilgan korpusda yoki korpusda joylashgan.
Reaktor yadrosi reaktivlikning oshishiga olib keladigan uning tarkibiy qismlarining kutilmagan harakati ehtimolini istisno qiladigan tarzda ishlab chiqilishi kerak. Heterojen yadroning asosiy tarkibiy qismi yonilg'i elementi bo'lib, u asosan uning ishonchliligi, o'lchamlari va narxini belgilaydi. Quvvat reaktorlarida, qoida tariqasida, yonilg'i tayoqlari po'lat yoki tsirkonyum qotishma qobig'iga o'ralgan siqilgan uran dioksidi granulalari shaklida yoqilg'i bilan ishlatiladi. Qulaylik uchun yonilg'i elementlari yadroviy reaktorning yadrosiga o'rnatilgan yonilg'i agregatlariga (FA) yig'iladi.
Yoqilg'i tayoqlarida issiqlik energiyasining asosiy ulushi hosil bo'ladi va sovutish suviga o'tkaziladi. Og'ir yadrolarning bo'linishi paytida chiqarilgan barcha energiyaning 90% dan ortig'i yonilg'i elementlari ichida chiqariladi va yonilg'i elementlari atrofida oqadigan sovutish suvi tomonidan chiqariladi. Yoqilg'i elementlari juda og'ir issiqlik sharoitida ishlaydi: yonilg'i elementidan sovutish suvigacha bo'lgan maksimal issiqlik oqimi zichligi (1 - 2) 10 6 Vt / m 2 ga etadi, zamonaviy bug 'qozonlarida esa (2 - 3) 10 5 Vt / ga etadi. m 2. Bundan tashqari, nisbatan kichik hajmdagi yadro yoqilg'isida katta miqdorda issiqlik chiqariladi; yadro yoqilg'isining energiya intensivligi ham juda yuqori. Yadrodagi o'ziga xos issiqlik chiqishi 10 8 -10 9 Vt / m 3 ga etadi, zamonaviy bug 'qozonlarida esa 10 7 Vt / m 3 dan oshmaydi.
Yoqilg'i elementlarining sirtidan o'tadigan katta issiqlik oqimlari va yoqilg'ining sezilarli energiya zichligi yoqilg'i elementlarining juda yuqori chidamliligi va ishonchliligini talab qiladi. Bundan tashqari, yonilg'i elementlarining ishlash shartlari yuqori ish harorati, qobiq yuzasida 300 - 600 C o ga etishi, termal zarbalar ehtimoli, tebranish, neytron oqimining mavjudligi (flyans 10 27 neytron / ga etadi) bilan murakkablashadi. m 2).
Yoqilg'i tayoqlariga yuqori texnik talablar qo'yiladi: dizaynning soddaligi; sovutish suvi oqimidagi mexanik barqarorlik va mustahkamlik, o'lchamlar va zichlikning saqlanishini ta'minlaydi; yonilg'i tayoqchasining strukturaviy materiali tomonidan neytronlarning past singishi va yadrodagi minimal strukturaviy material; yadro yoqilg'isi va parchalanish mahsulotlarining yoqilg'i qoplamasi, sovutish suvi va ish haroratida moderator bilan o'zaro ta'siri yo'q. Yoqilg'i elementining geometrik shakli sirt maydoni va hajmining kerakli nisbatini va yonilg'i elementining butun yuzasidan sovutish suvi tomonidan issiqlikni olib tashlashning maksimal intensivligini ta'minlashi, shuningdek, yadro yoqilg'isi yonishining katta chuqurligini va yuqori haroratni kafolatlashi kerak. parchalanish mahsulotlarini ushlab turish darajasi. Yoqilg'i tayoqlari radiatsiya qarshiligiga ega bo'lishi kerak, kerakli o'lchamlarga va dizaynga ega bo'lishi kerak, yonilg'i quyish operatsiyalarini tezda amalga oshirish imkoniyatini ta'minlaydi; yadro yoqilg'isini qayta tiklashning soddaligi va samaradorligi va arzonligiga ega.
Xavfsizlik nuqtai nazaridan, yonilg'i qoplamalari yadroning butun ishlash davrida (3-5 yil) va ishlatilgan yoqilg'i elementlarini qayta ishlashga yuborilgunga qadar (1-3 yil) keyinchalik saqlash uchun ishonchli tarzda muhrlanishi kerak. Yadroni loyihalashda yonilg'i elementlariga zarar etkazishning ruxsat etilgan chegaralarini (shikastlanish soni va darajasi) oldindan belgilash va asoslash kerak. Yadro shunday yaratilganki, uning butun taxminiy xizmat muddati davomida ishlaganda yoqilg'i elementlarining shikastlanishi uchun belgilangan chegaralar oshib ketmaydi. Ushbu talablarga muvofiqligi yadro dizayni, sovutish suvi sifati, issiqlikni olib tashlash tizimining xususiyatlari va ishonchliligi bilan ta'minlanadi. Ish paytida, alohida yonilg'i elementlarining qoplamasining mustahkamligi mumkin. Bunday buzilishning ikki turi mavjud: gazsimon bo'linish mahsulotlari yonilg'i elementidan sovutish suviga chiqadigan mikro yoriqlar hosil bo'lishi (gaz zichligi turidagi nuqson); yoqilg'ining sovutish suvi bilan bevosita aloqasi mumkin bo'lgan nuqsonlarning paydo bo'lishi.
Yoqilg'i tayoqlarining ish sharoitlari asosan yonilg'i tayoqlarining dizayn geometriyasini ta'minlashi kerak bo'lgan yadro dizayni bilan belgilanadi va sovutish suvi taqsimoti uchun harorat sharoitlari nuqtai nazaridan zarur bo'lgan narsalarni ta'minlashi kerak. Reaktor ishlayotganda yadro orqali barqaror sovutish suvi oqimi ta'minlanishi kerak, bu esa issiqlikni ishonchli olib tashlashni kafolatlaydi. Yadro reaktor boshqaruvi ichidagi sensorlar bilan jihozlangan bo'lishi kerak, ular quvvatni taqsimlash, neytron oqimi, yonilg'i elementlarining harorat sharoitlari va sovutish suvi oqimi haqida ma'lumot beradi.
Energiya reaktorining yadrosi shunday loyihalashtirilishi kerakki, neytron-fizik va issiqlik-fizik jarayonlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning ichki mexanizmi ko'payish koeffitsientidagi har qanday buzilishlarda yangi xavfsiz quvvat darajasini belgilaydi. Amalda, atom elektr stansiyasining xavfsizligi, bir tomondan, reaktorning barqarorligi (yadroning harorati va quvvati oshishi bilan ko'payish koeffitsientining pasayishi), ikkinchi tomondan, atom elektr stantsiyasining xavfsizligi bilan ta'minlanadi. avtomatik boshqaruv va himoya tizimining ishonchliligi.
Chuqurlikdagi xavfsizlikni ta'minlash uchun yadro konstruktsiyasi va yadro yoqilg'isining xususiyatlari yadroni yo'q qilish va yadro yoqilg'isini eritish paytida bo'linadigan materiallarning kritik massalari hosil bo'lish ehtimolini istisno qilishi kerak. Yadroni loyihalashda yadroning sovishini buzish bilan bog'liq har qanday hollarda zanjir reaktsiyasini to'xtatish uchun neytron absorberini kiritish imkoniyati bo'lishi kerak.
Yonish, zaharlanish va harorat ta'sirini qoplash uchun katta hajmdagi yadro yoqilg'isini o'z ichiga olgan yadro, go'yo bir nechta muhim massalarga ega. Shuning uchun yoqilg'ining har bir kritik hajmi reaktivlikni qoplash vositalari bilan ta'minlanishi kerak. Ular mahalliy tanqidiy massalar ehtimolini istisno qiladigan tarzda yadroga joylashtirilishi kerak.
Reaktorlar boʻlinish reaksiyasida ishtirok etuvchi neytronlarning energiya darajasiga koʻra, yoqilgʻi va moderatorni joylashtirish tamoyiliga, moʻljallangan maqsadiga, moderator va sovutish suyuqligining turiga va ularning fizik holatiga koʻra tasniflanadi.
Energiyali neytronlar darajasi bo'yicha: reaktorlar tez neytronlarda, issiqlik va oraliq (rezonans) energiya neytronlarida ishlashi mumkin va shunga ko'ra termal, tez va oraliq neytronlarda reaktorlarga bo'linadi (ba'zan qisqalik uchun ular termal, tez va o'rta).
DA termal neytron reaktori Ko'pincha yadro bo'linishi bo'linuvchi izotoplarning yadrolari termal neytronlarni o'zlashtirganda sodir bo'ladi. Yadroning boʻlinishi asosan energiyalari 0,5 MeV dan ortiq boʻlgan neytronlar tomonidan hosil boʻladigan reaktorlar tez neytron reaktorlari deyiladi. Oraliq neytronlarning boʻlinuvchi izotoplar tomonidan yutilishi natijasida koʻp boʻlinish sodir boʻladigan reaktorlar oraliq (rezonansli) neytron reaktorlari deyiladi.
Hozirgi vaqtda termal neytron reaktorlari eng ko'p qo'llaniladi. Termal reaktorlar yadroda 1 dan 100 kg / m 3 gacha bo'lgan 235 U yadro yoqilg'isi konsentratsiyasi va moderatorning katta massalari mavjudligi bilan tavsiflanadi. Tez neytronli reaktor 235 U yoki 239 U yadro yoqilg'isining 1000 kg / m 3 kontsentratsiyasi va yadroda moderatorning yo'qligi bilan tavsiflanadi.
Oraliq neytron reaktorlarida yadroda moderator juda kam boʻlib, undagi 235 U yadro yoqilgʻisi konsentratsiyasi 100 dan 1000 kg/m 3 gacha.
Termal neytron reaktorlarida yonilg'i yadrolarining bo'linishi tez neytronlar yadro tomonidan tutilganda ham sodir bo'ladi, lekin bu jarayonning ehtimolligi ahamiyatsiz (1 - 3%). Neytron moderatoriga bo'lgan ehtiyoj yoqilg'i yadrolarining samarali bo'linish kesimlari past neytron energiyasida yuqori bo'lganlarga qaraganda ancha katta bo'lishi bilan bog'liq.
Termal reaktorning yadrosida moderator bo'lishi kerak - yadrolari kichik massa soniga ega bo'lgan modda. Moderator sifatida grafit, og'ir yoki engil suv, berilliy, organik suyuqliklar ishlatiladi. Agar og'ir suv yoki grafit moderator bo'lib xizmat qilsa, termal reaktor hatto tabiiy uranda ham ishlashi mumkin. Boshqa moderatorlar uchun boyitilgan urandan foydalanish kerak. Reaktorning zarur kritik o'lchamlari yoqilg'ini boyitish darajasiga bog'liq, boyitish darajasining oshishi bilan ular kichikroq bo'ladi. Termal neytron reaktorlarining muhim kamchiliklari moderator, sovutish suvi, strukturaviy materiallar va parchalanish mahsulotlari tomonidan ushlanishi natijasida sekin neytronlarning yo'qolishidir. Shuning uchun bunday reaktorlarda sekin neytronlar uchun mo'tadil, sovutish suvi va strukturaviy materiallar sifatida past tutilish kesimiga ega bo'lgan moddalardan foydalanish kerak.
DA oraliq neytron reaktorlari, bunda ko'pchilik bo'linish hodisalari issiqlikdan yuqori energiyaga ega (1 eV dan 100 keV gacha) neytronlar tomonidan yuzaga keladi, moderatorning massasi termal reaktorlarga qaraganda kamroq. Bunday reaktorning ishlashining o'ziga xos xususiyati shundaki, yoqilg'ining bo'linish kesimi oraliq mintaqada neytron bo'linishi ortishi bilan strukturaviy materiallar va parchalanish mahsulotlarining yutilish kesimiga qaraganda kamroq kamayadi. Shunday qilib, parchalanish aktlari ehtimoli yutilish aktlariga nisbatan ortadi. Strukturaviy materiallarning neytron xususiyatlariga qo'yiladigan talablar unchalik qat'iy emas, ularning diapazoni kengroq. Shunday qilib, oraliq neytron reaktorining yadrosi kuchliroq materiallardan tayyorlanishi mumkin, bu esa reaktorning isitish yuzasidan o'ziga xos issiqlikni olib tashlashni oshirishga imkon beradi. Oraliq reaktorlarda bo'linuvchi izotoplarda yoqilg'ining boyitish kesimining kamayishi natijasida termal reaktorlarga qaraganda yuqori bo'lishi kerak. Oraliq neytron reaktorlarida yadro yoqilg'isining ko'payishi termal neytron reaktoriga qaraganda ko'proq.
Oraliq reaktorlarda sovutish suvi sifatida neytronlarni zaif o'rtacha tutadigan moddalar ishlatiladi. Masalan, suyuq metallar. Moderator grafit, berilliy va boshqalar.
Yuqori boyitilgan yoqilg'i bilan yonilg'i tayoqchalari tez neytron reaktorining yadrosiga joylashtirilgan. Faol zona yonilg'i xomashyosi (tushgan uran, toriy) bo'lgan yonilg'i tayoqchalaridan iborat naslchilik zonasi bilan o'ralgan. Faol zonadan chiqarilgan neytronlar naslchilik zonasida yoqilg'i xom ashyosining yadrolari tomonidan ushlanadi, natijada yangi yadro yoqilg'isi hosil bo'ladi. Tezkor reaktorlarning alohida afzalligi - ularda yadro yoqilg'isini kengaytirilgan ko'paytirishni tashkil qilish imkoniyati, ya'ni. Energiya ishlab chiqarish bilan bir vaqtda, yonib ketgan yadro yoqilg'isi o'rniga yangisini ishlab chiqaring. Tez reaktorlar moderatorni talab qilmaydi va sovutish suvi neytronlarni sekinlashtirmasligi kerak.
Yoqilg'i yadroga joylashtirish usuliga qarab, reaktorlar bir jinsli va geterogenlarga bo'linadi.
DA bir hil reaktor yadro yoqilg'isi, sovutish suyuqligi va moderator (agar mavjud bo'lsa) yaxshilab aralashtiriladi va bir xil jismoniy holatda, ya'ni. butunlay bir hil reaktorning yadrosi yadro yoqilg'isi, sovutish suyuqligi yoki moderatorning suyuq, qattiq yoki gazsimon bir hil aralashmasidir. Gomogen reaktorlar ham termal, ham tez neytron bo'lishi mumkin. Bunday reaktorda butun yadro po'lat sferik idish ichida joylashgan bo'lib, eritma yoki suyuq qotishma (masalan, uran sulfatining suvdagi eritmasi, uran eritmasi) ko'rinishidagi yoqilg'i va moderatorning suyuq bir hil aralashmasidir. suyuq vismutda), bir vaqtning o'zida sovutish suvi vazifasini bajaradi.
Sferik reaktor idishidagi yonilg'i eritmasida yadro bo'linish reaktsiyasi sodir bo'ladi, natijada eritmaning harorati ko'tariladi. Reaktorning yonuvchi eritmasi issiqlik almashtirgichga kiradi, u erda ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan suvga issiqlik beradi, soviydi va aylanma nasos orqali reaktorga qaytariladi. Yadro reaktsiyasining reaktordan tashqarida sodir bo'lishiga yo'l qo'ymaslik uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan quvurlari, issiqlik almashtirgich va nasosning hajmi konturning har bir qismida joylashgan yoqilg'i hajmi kritik darajadan ancha past bo'lishi uchun tanlangan. . Gomogen reaktorlar heterojenlarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega. Bu yadroning oddiy dizayni va uning minimal o'lchamlari, reaktorni o'chirmasdan doimiy ravishda parchalanish mahsulotlarini olib tashlash va yangi yadro yoqilg'isini qo'shish qobiliyati, yoqilg'ini tayyorlashning qulayligi, shuningdek, reaktorni o'zgartirish orqali boshqarish mumkinligi. yadro yoqilg'isining kontsentratsiyasi.
Biroq, bir hil reaktorlar ham jiddiy kamchiliklarga ega. Kontur atrofida aylanib yuruvchi bir hil aralashma kuchli radioaktiv nurlanish chiqaradi, bu esa qo'shimcha himoyani talab qiladi va reaktorni boshqarishni qiyinlashtiradi. Yoqilg'ining faqat bir qismi reaktorda bo'lib, energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, qolgan qismi esa tashqi quvurlar, issiqlik almashinuvchilari va nasoslarda. Aylanma aralash reaktor va kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tizimlari va qurilmalarining qattiq korroziyaga va eroziyasiga olib keladi. Suvning radiolizi natijasida bir hil reaktorda portlovchi portlovchi aralashmaning hosil bo'lishi uni yoqish uchun asboblarni talab qiladi. Bularning barchasi bir hil reaktorlarning keng qo'llanilmasligiga olib keldi.
DA heterojen reaktor bloklar ko'rinishidagi yoqilg'i moderatorga joylashtiriladi, ya'ni. yoqilg'i va moderator fazoviy ravishda ajratilgan.
Hozirgi vaqtda energiya maqsadlarida faqat heterojen reaktorlar ishlab chiqilgan. Bunday reaktordagi yadro yoqilg'isi gazsimon, suyuq va qattiq holatda ishlatilishi mumkin. Biroq, endi heterojen reaktorlar faqat qattiq yoqilg'ida ishlaydi.
Mo'tadillashtiruvchi vositaga ko'ra, heterojen reaktorlar grafit, engil suv, og'ir suv va organiklarga bo'linadi. Sovutish suyuqligining turiga ko'ra, heterojen reaktorlar engil suv, og'ir suv, gaz va suyuq metalldir. Reaktor ichidagi suyuqlik issiqlik tashuvchilari bir fazali va ikki fazali holatda bo'lishi mumkin. Birinchi holda, reaktor ichidagi sovutish suvi qaynamaydi, ikkinchi holatda esa qaynaydi.
Yadrosida suyuq sovutish suvi harorati qaynash nuqtasidan past bo'lgan reaktorlar bosimli suv reaktorlari, sovutish suvi qaynaydigan reaktorlar esa qaynash deb ataladi.
Amaldagi moderator va sovutish suviga qarab, heterojen reaktorlar turli sxemalar bo'yicha ishlab chiqariladi. Rossiyada atom energetikasi reaktorlarining asosiy turlari bosimli suv va suv grafitidir.
Loyihaga ko'ra, reaktorlar idish va kanalga bo'linadi. DA tomir reaktorlari sovutish suvi bosimi korpus tomonidan amalga oshiriladi. Jami sovutish suvi oqimi reaktor idishi ichida oqadi. DA kanal reaktorlari sovutish suvi har bir kanalga yonilg'i moslamasi bilan alohida beriladi. Reaktor idishi sovutish suvi bosimi bilan yuklanmagan, bu bosim har bir alohida kanal tomonidan amalga oshiriladi.
Maqsadiga ko'ra yadro reaktorlari quvvatli, konvertorlar va ko'paytirgichlar, tadqiqot va ko'p maqsadli, transport va sanoatga bo'linadi.
Yadro energetika reaktorlari atom elektr stansiyalarida, kema elektr stansiyalarida, atom issiqlik va issiqlik elektr stantsiyalarida (AES), shuningdek, atom issiqlik ta'minoti stantsiyalarida (AES) elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Tabiiy uran va toriydan ikkilamchi yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan reaktorlar deyiladi konvertorlar yoki omillar bo'yicha marta. Ikkilamchi yadro yoqilg'isining reaktor-konvertorida dastlab iste'mol qilinganidan kamroq hosil bo'ladi.
Reaktorda - ko'paytiruvchi marta, yadro yoqilg'isining kengaytirilgan takror ishlab chiqarilishi amalga oshiriladi, ya'ni. sarflanganidan ko'proq bo'ladi.
Tadqiqot reaktorlari neytronlarning materiya bilan o'zaro ta'siri jarayonlarini o'rganish, neytron va gamma nurlanishning intensiv maydonlarida reaktor materiallarining harakatini o'rganish, radiokimyoviy va biologik tadqiqotlar, izotoplar ishlab chiqarish, fizikada eksperimental tadqiqotlar uchun ishlatiladi. yadro reaktorlari.
Reaktorlar har xil quvvatga ega, statsionar yoki impulsli ish rejimiga ega. Boyitilgan uran bo'yicha eng ko'p ishlatiladigan bosimli suv tadqiqot reaktorlari. Tadqiqot reaktorlarining issiqlik quvvati keng diapazonda o'zgarib turadi va bir necha ming kilovattga etadi.
Ko'p maqsadli reaktorlar energiya ishlab chiqarish va yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish kabi bir nechta maqsadlarga xizmat qiluvchi reaktorlardir.
Agar k eff >< 1, ряд благополучно сходится и по формуле суммы геометрической прогрессии имеем
qayerga<1 - коэффициент, равный отношению числа нейтронов, вызвавших деление, к полному их числу. Этот коэффициент зависит от конструкции установки, используемых материалов и т.д. Он надёжно вычисляется. В примерах k=0,6. Осталось выяснить, как можно получить первоначальный поток нейтронов N 0 . Для этого можно использовать ускоритель, дающий достаточно интенсивный поток протонов или других частиц, которые, реагируя с некоторой мишенью, порождают большое кол-во нейтронов. Действительно, например, при столкновении с массивной свинцовой мишенью каждый протон, ускоренный до энергии 1ГэВ (10 9 эВ), производит в результате развития ядерного каскада в среднем n = 22 нейтрона. Энергии их составляют несколько мега электрон -вольт, что как раз соответствует работе реактора на быстрых
sifatida
Termoyadroviy reaktorning muhandislik jihatlari:
Tokamak termoyadro reaktori quyidagi asosiy qismlardan iborat: magnit, kriogen va vakuum tizimlari, elektr ta'minoti tizimi, ko'rpa, tritiy sxemasi va himoyasi, qo'shimcha plazma isitish va uni yoqilg'i bilan oziqlantirish tizimi, shuningdek, masofadan boshqarish va texnik xizmat ko'rsatish tizimi.
Magnit tizimda toroidal magnit maydonning sariqlari, plazmaning oqim va induksion isitilishini ta'minlash uchun induktor va divertorning ishlashi va plazma ustunining muvozanatini saqlash uchun zarur bo'lgan poloid magnit maydon hosil qiluvchi o'rashlar mavjud.
Joule yo'qotishlarini bartaraf etish uchun magnit tizim, avval aytib o'tilganidek, butunlay supero'tkazuvchi bo'ladi. Magnit tizimning o'rashlari uchun niobiy-titan va niobiy-qalay qotishmalaridan foydalanish kerak.
Supero'tkazgichli reaktor uchun magnit tizimni yaratish DA 12 T va taxminan 2 kA oqim zichligi termoyadroviy reaktorni ishlab chiqishdagi asosiy muhandislik muammolaridan biri bo'lib, uni yaqin kelajakda hal qilish kerak.
Kriogen tizim magnit tizimning kriostatini va qo'shimcha plazma isitish uchun injektorlardagi kriyopanellarni o'z ichiga oladi. Kriostat barcha sovutilgan tuzilmalar o'ralgan vakuum kamerasi shakliga ega. Magnit tizimning har bir bobini suyuq geliyga joylashtirilgan. Uning bug'i suyuq geliy haroratida yuzalardan issiqlik oqimlarini kamaytirish uchun kriostat ichida joylashgan maxsus ekranlarni sovutadi. Kriogen tizimda ikkita sovutish sxemasi mavjud bo'lib, ulardan biri suyuq geliyni aylanib yuradi, bu supero'tkazuvchi sariqlarning normal ishlashi uchun zarur bo'lgan haroratni taxminan 4 K, ikkinchisi esa - suyuq azot, harorati 80 - 95 K. Bu. sxema bo'limlarni sovutish uchun xizmat qiladi, qismlarni geliy va xona harorati bilan ajratadi.
Injektorlarning kriyopanellari suyuq geliy bilan sovutiladi va gazlarni o'zlashtirish uchun mo'ljallangan, bu nisbatan yuqori vakuumda etarli nasos tezligini saqlashga imkon beradi.
Vakuum tizimi reaktorning ishlashi paytida divertor bo'shlig'idan yoki plazmani o'rab turgan bo'shliqdan, shuningdek, impulslar orasidagi pauzalarda ish kamerasidan geliy, vodorod va aralashmalarni nasos bilan ta'minlaydi. Tritiyning atrof-muhitga pompalanishiga yo'l qo'ymaslik uchun tizimda aylanma tritiyning minimal miqdori bilan yopiq konturni ta'minlash kerak. Gazni turbomolekulyar nasoslar yordamida chiqarish mumkin, ularning unumdorligi bugungi kundagidan biroz yuqoriroq bo'lishi kerak. Ish kamerasini keyingi impulsga tayyorlash uchun pauza davomiyligi 30 s dan oshmaydi.
Elektr ta'minoti tizimi asosan reaktorning ishlash rejimiga bog'liq. Uzluksiz rejimda ishlaydigan tokamak uchun bu sezilarli darajada sodda. Impulsli rejimda ishlaganda, birlashtirilgan elektr ta'minoti tizimi - tarmoq va motor-generatordan foydalanish tavsiya etiladi. Jeneratorning kuchi impulsli yuklar bilan belgilanadi va 10 6 kVt ga etadi.
Reaktor adyol ishchi kameraning birinchi devori orqasida joylashgan bo'lib, DT reaksiyasida hosil bo'lgan neytronlarni ushlash, "kuygan" tritiyni ko'paytirish va neytron energiyasini issiqlik energiyasiga aylantirish uchun mo'ljallangan. Gibrid termoyadroviy reaktorda adyol ham parchalanadigan materiallarni ishlab chiqarishga xizmat qiladi. Choyshab, mohiyatan, termoyadroviy reaktorni an'anaviy termoyadro qurilmasidan ajratib turadigan yangi narsadir. Ko'rpa-to'shakni loyihalash va ishlatish tajribasi hali mavjud emas, shuning uchun litiy va uranli choyshablarning muhandislik va dizayn ishlab chiqishlari talab qilinadi.
Tritiy sxemasi ish kamerasidan evakuatsiya qilingan gazning qayta tiklanishini, uni saqlash va plazma bilan to'ldirish uchun etkazib berishni, ko'rpadan tritiyni ajratib olishni va uni elektr ta'minoti tizimiga qaytarishni, shuningdek tozalashni ta'minlaydigan bir nechta mustaqil bloklardan iborat. chiqindi gazlar va undan chiqadigan havo.
Reaktor himoyasi radiatsiyaviy va biologikga bo'linadi. Radiatsiyadan himoya qilish neytron oqimini susaytiradi va o'ta o'tkazuvchan bobinlarda energiya chiqishini kamaytiradi. Magnit tizimning minimal energiya sarfi bilan normal ishlashi uchun neytron oqimini 10 s -10 6 marta zaiflashtirish kerak. Radiatsiyadan himoya qilish toroidal maydonning adyol va rulonlari o'rtasida joylashgan bo'lib, ish kamerasining butun yuzasini qoplaydi, divertor va injektorlarning kanallari bundan mustasno. Tarkibiga qarab, himoya qalinligi 80-130 sm.
Biologik qalqon reaktor zali devorlariga to'g'ri keladi va qalinligi 200 - 250 sm bo'lgan betondan yasalgan bo'lib, u atrofdagi makonni radiatsiyadan himoya qiladi.
Qo'shimcha plazma isitish va yonilg'i bilan ta'minlash tizimlari reaktor atrofida katta joy egallaydi. Agar plazma tez atomlarning nurlari bilan qizdirilsa, u holda radiatsiya himoyasi butun injektorni o'rab olishi kerak, bu reaktor zalida uskunalarni joylashtirish va reaktorga texnik xizmat ko'rsatish uchun noqulaydir. Yuqori chastotali isitish tizimlari bu ma'noda yanada jozibador, chunki ularning kirish qurilmalari (antennalari) yanada ixchamdir va generatorlar reaktor zalidan tashqarida o'rnatilishi mumkin. Tokamaklar bo'yicha tadqiqotlar va antenna dizaynini ishlab chiqish plazma isitish tizimini yakuniy tanlash imkonini beradi.
Boshqaruv tizimi termoyadroviy reaktorning ajralmas qismi hisoblanadi. Har qanday reaktorda bo'lgani kabi, reaktorni o'rab turgan kosmosdagi radioaktivlik darajasi ancha yuqori bo'lganligi sababli, u ish paytida ham, to'xtash davrida ham masofadan turib boshqariladi va ta'minlanadi.
Termoyadroviy reaktorda radioaktivlik manbai, birinchidan, elektronlar va kam energiyali 7-kvantalar chiqishi bilan parchalanadigan tritiy (uning yarim yemirilish davri taxminan 13 yil), ikkinchidan, neytronlarning o'zaro ta'sirida hosil bo'lgan radioaktiv nuklidlardir. adyolning konstruktiv materiallari va ishlaydigan kameralar bilan. Ularning eng keng tarqalgani (po'lat, molibden va niobiy qotishmalari) uchun faollik ancha yuqori, ammo shunga o'xshash quvvatdagi yadro reaktorlariga qaraganda taxminan 10-100 baravar kam. Kelajakda termoyadroviy reaktorda, masalan, alyuminiy va vanadiy kabi past induktsiyali faollikka ega materiallardan foydalanish rejalashtirilgan. Ayni paytda, tokamak termoyadroviy reaktori masofaviy texnik xizmat ko'rsatishni hisobga olgan holda ishlab chiqilmoqda, bu esa uning dizayniga qo'shimcha talablar qo'yadi. Xususan, u turli xil standart bloklar (modullar) bilan to'ldiriladigan bir-biriga bog'langan bir xil bo'limlardan iborat bo'ladi. Bu, agar kerak bo'lsa, maxsus manipulyatorlar yordamida alohida tugunlarni nisbatan oson almashtirish imkonini beradi.
Yadro reaksiyalari. Yadro energiyasi.
atom yadrosi
Atom yadrosi zaryadi Ze, massasi M, spin J, magnit va elektr quadrupol momenti Q, maʼlum radius R, izotonik spin T bilan xarakterlanadi va nuklonlar – proton va neytronlardan iborat.
Yadrodagi A nuklonlar soni deyiladi massa raqami. Z raqami chaqiriladi zaryad raqami yadro yoki atom raqami. Z protonlar sonini, A esa yadrodagi nuklonlar sonini aniqlaganligi uchun atom yadrosidagi neyronlar soni N=A-Z ga teng. Z bir xil, ammo A har xil bo'lgan atom yadrolari deyiladi izotoplar. Har bir Z qiymati uchun o'rtacha uchta barqaror izotop mavjud. Masalan, 28 Si, 29 Si, 30 Si Si yadrosining barqaror izotoplaridir. Barqaror izotoplarga qo'shimcha ravishda, ko'pchilik elementlarning cheklangan umri bilan ajralib turadigan beqaror izotoplari ham mavjud.
Bir xil massa soni A bo'lgan yadrolar deyiladi izobarlar, va bir xil miqdordagi neytronlar bilan - izotoonlar.
Barcha atom yadrolari barqaror va beqarorlarga bo'linadi. Barqaror yadrolarning xossalari cheksiz o'zgarishsiz qoladi. Beqaror yadrolar turli xil transformatsiyalarga uchraydi.
Katta aniqlik bilan olib borilgan atom yadrolari massalarining eksperimental o'lchovlari shuni ko'rsatadiki, yadro massasi har doim uni tashkil etuvchi nuklonlarning massalari yig'indisidan kichikdir.
Bog'lanish energiyasi - bu yadroni tashkil etuvchi nuklonlarga bo'lish uchun sarflanishi kerak bo'lgan energiya.
Massa soni A bilan bog'liq bo'lgan bog'lanish energiyasi deyiladi nuklonning o'rtacha bog'lanish energiyasi atom yadrosida (nuklonga bog'lanish energiyasi).
Bog'lanish energiyasi barcha barqaror yadrolar uchun taxminan doimiy bo'lib, taxminan 8 MeV ga teng. 12C yadro uchun o'rtacha bog'lanish energiyasi noldan (A=1) 8 MeV gacha ko'tariladigan engil yadrolar hududi bundan mustasno.
Xuddi shunday, bir nuklonning bog'lanish energiyasi yadroning boshqa tarkibiy qismlariga nisbatan bog'lanish energiyasi sifatida kiritilishi mumkin.
Nuklonlarning o'rtacha bog'lanish energiyasidan farqli o'laroq, neyron va protonning bog'lanish energiyasining miqdori yadrodan yadroga farq qiladi.
Ko'pincha, bog'lanish energiyasi o'rniga, chaqirilgan miqdor ommaviy nuqson va atom yadrosining massalari va massa soni o'rtasidagi farqga teng.
Gamma nurlanishi
Gamma nurlanish qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanishdir. Elektromagnit to'lqinlar shkalasida u yuqori chastotalar mintaqasini egallagan qattiq rentgen nurlanishi bilan chegaralanadi. Gamma nurlanish juda qisqa to'lqin uzunligiga ega (lhn (n - nurlanish chastotasi, h - Plank doimiysi).
Gamma-nurlanish radioaktiv yadrolarning, elementar zarralarning parchalanishi, zarracha-antizarracha juftlarining yo'q bo'lib ketishi, shuningdek, tez zaryadlangan zarrachalarning materiyadan o'tishi jarayonida sodir bo'ladi.
Radioaktiv yadrolarning parchalanishi bilan birga keladigan gamma nurlanish yadroning ko'proq qo'zg'aluvchan energiya holatidan kamroq qo'zg'aluvchan yoki asosiy holatga o'tishida chiqariladi. g-kvantning energiyasi o'zaro o'tish sodir bo'lgan holatlarning DE r energiya farqiga teng.
hayajonlangan holat
Yadroning asosiy holati E1
Yadro tomonidan g-kvantning chiqishi radioaktiv o'zgarishlarning boshqa turlaridan farqli o'laroq, atom soni yoki massa sonining o'zgarishiga olib kelmaydi. Gamma nurlanishining chiziq kengligi juda kichik (~10 -2 eV). Darajalar orasidagi masofa chiziq kengligidan ko'p marta kattaroq bo'lganligi sababli, gamma-nurlari spektri chiziq shaklida, ya'ni. bir qancha diskret chiziqlardan iborat. Gamma nurlanish spektrlarini o'rganish yadrolarning qo'zg'aluvchan holatlarining energiyalarini aniqlash imkonini beradi. Ayrim elementar zarrachalar parchalanishi jarayonida yuqori energiyaga ega gamma kvantlar chiqariladi. Shunday qilib, tinch holatda bo'lgan p 0 mezonning parchalanishi ~70 MeV energiyaga ega gamma-nurlanishni keltirib chiqaradi. Elementar zarrachalarning parchalanishidan gamma nurlanishi ham chiziqli spektrni hosil qiladi. Biroq, parchalanadigan elementar zarralar ko'pincha yorug'lik tezligi bilan taqqoslanadigan tezlikda harakatlanadi. Natijada, chiziqning Doppler kengayishi sodir bo'ladi va gamma-nurlari spektri keng energiya oralig'ida surtiladi. Tez zaryadlangan zarrachalarning materiyadan o'tishida hosil bo'lgan gamma nurlanish ularning materiya atom yadrolarining Kulon maydoniga sekinlashishi natijasida yuzaga keladi. Bremsstrahlung gamma nurlanishi, shuningdek, bremsstrahlung rentgen nurlanishi, uzluksiz spektr bilan tavsiflanadi, uning yuqori chegarasi elektron kabi zaryadlangan zarrachaning energiyasiga to'g'ri keladi. Zarracha tezlatgichlarida gamma bremsstrahlung bir necha o'nlab GeV gacha bo'lgan maksimal energiya bilan ishlab chiqariladi.
Yulduzlararo fazoda gamma nurlanish yumshoqroq uzun toʻlqinli, elektromagnit nurlanish kvantlarining kosmik jismlarning magnit maydonlari tomonidan tezlashtirilgan elektronlar bilan toʻqnashuvi natijasida yuzaga kelishi mumkin. Bunday holda, tezkor elektron o'z energiyasini elektromagnit nurlanishga o'tkazadi va ko'rinadigan yorug'lik qattiqroq gamma nurlanishiga aylanadi.
Shunga o'xshash hodisa tezlatgichlarda hosil bo'lgan yuqori energiyali elektronlar lazerlar tomonidan ishlab chiqarilgan kuchli yorug'lik nurlarida ko'rinadigan yorug'lik fotonlari bilan to'qnashganda, yer sharoitida sodir bo'lishi mumkin. Elektron energiyani engil fotonga o'tkazadi, u g-kvantga aylanadi. Shunday qilib, yorug'likning alohida fotonlarini yuqori energiyali gamma-nurli kvantlarga aylantirish amalda mumkin.
Gamma nurlanishi yuqori penetratsion kuchga ega, ya'ni. sezilarli darajada zaiflashmasdan, katta qalinlikdagi moddalarga kirib borishi mumkin. Gamma-nurlanishning moddalar bilan oʻzaro taʼsirida sodir boʻladigan asosiy jarayonlar fotoelektrik yutilish (fotoelektr effekti), Kompton sochilishi (Kompton effekti) va elektron-pozitron juftlarining hosil boʻlishidir. Fotoeffektda g-kvant atom elektronlaridan biri tomonidan yutiladi va g-kvantning energiyasi (atomdagi elektronning bog'lanish energiyasini olib tashlagan holda) uchayotgan elektronning kinetik energiyasiga aylanadi. atomdan. Fotoelektr effektining ehtimoli element atom raqamining beshinchi darajasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va gamma nurlanish energiyasining uchinchi darajasiga teskari proportsionaldir. Shunday qilib, fotoelektr effekti og'ir elementlarda (Pb, U) g-kvantalarning (£100 keV) past energiyalari hududida hukmronlik qiladi.
Kompton effekti bilan g-kvant atomda kuchsiz bog'langan elektronlardan biri tomonidan tarqaladi. Fotoelektrik effektdan farqli o'laroq, g-kvant Kompton effekti bilan yo'qolmaydi, faqat energiya (to'lqin uzunligi) va tarqalish yo'nalishini o'zgartiradi. Kompton effekti natijasida gamma nurlarining tor dastasi kengayadi va nurlanishning o'zi yumshoqroq bo'ladi (uzun to'lqin uzunligi). Komptonning sochilishining intensivligi moddaning 1 sm 3 qismidagi elektronlar soniga proportsionaldir va shuning uchun bu jarayonning ehtimoli moddaning atom raqamiga proportsionaldir. Kompton effekti kichik atom raqamiga ega bo'lgan moddalarda va atomlardagi elektronlarning bog'lanish energiyasidan oshib ketadigan gamma nurlanish energiyasida sezilarli bo'ladi. Shunday qilib, Pb holatida Komptonning tarqalish ehtimoli ~0,5 MeV energiyada fotoelektrik yutilish ehtimoli bilan taqqoslanadi. Al holatida Kompton effekti ancha past energiyalarda ustunlik qiladi.
Agar g-kvantning energiyasi 1,02 MeV dan oshsa, yadrolarning elektr maydonida elektron-pozitron juftlarini hosil qilish jarayoni mumkin bo'ladi. Juft hosil bo'lish ehtimoli atom raqamining kvadratiga proportsional bo'lib, hn ortishi bilan ortadi. Shuning uchun hn ~ 10 MeV da har qanday moddadagi asosiy jarayon juftlarning hosil bo'lishidir.
0,1 0,5 1 2 5 10 50
g-nurlarining energiyasi (Mev)
Elektron-pozitron juftligini yo'q qilishning teskari jarayoni gamma nurlanish manbai hisoblanadi.
Moddadagi gamma-nurlanishning susayishini tavsiflash uchun odatda yutilish koeffitsienti qo'llaniladi, bu absorberning X qalinligida tushayotgan gamma-nurlanish nurining I 0 intensivligi zaiflashganini ko'rsatadi. e bir marta:
Bu yerda m 0 - gamma nurlanishning chiziqli yutish koeffitsienti. Ba'zan m 0 ning absorberning zichligiga nisbatiga teng bo'lgan massa yutilish koeffitsienti kiritiladi.
Gamma nurlanishning zaiflashuvining eksponensial qonuni gamma nurlanishning tor yo'nalishi uchun amal qiladi, har qanday jarayon, ham yutilish, ham tarqalish, birlamchi nurdan gamma nurlanishini olib tashlaydi. Biroq, yuqori energiyalarda gamma-nurlanishni materiyadan o'tkazish jarayoni ancha murakkablashadi. Ikkilamchi elektronlar va pozitronlar yuqori energiyaga ega va shuning uchun, o'z navbatida, sekinlashuv va yo'q qilish jarayonlari orqali gamma nurlanishini yaratishi mumkin. Shunday qilib, materiyada ikkilamchi gamma nurlanishining bir qator o'zgaruvchan avlodlari, elektronlar va pozitronlar paydo bo'ladi, ya'ni kaskadli yomg'ir paydo bo'ladi. Bunday dushdagi ikkilamchi zarralar soni birinchi navbatda qalinligi bilan ortadi va maksimal darajaga etadi. Biroq, keyin assimilyatsiya jarayonlari zarrachalarni ko'paytirish jarayonlari ustidan hukmronlik qila boshlaydi va dush susayadi. Gamma nurlanishining dush hosil qilish qobiliyati uning energiyasi va tanqidiy energiya o'rtasidagi nisbatga bog'liq, shundan so'ng ma'lum bir moddadagi dush rivojlanish qobiliyatini deyarli yo'qotadi.
Eksperimental fizikada gamma-nurlanish energiyasini o'zgartirish uchun asosan ikkilamchi elektronlarning energiyasini o'lchashga asoslangan har xil turdagi gamma-spektrometrlar qo'llaniladi. Gamma-nurlanish spektrometrlarining asosiy turlari: magnitli, sintillyatsion, yarimo'tkazgichli, kristall diffraktsiyali.
Yadro gamma nurlanish spektrlarini o'rganish yadrolarning tuzilishi haqida muhim ma'lumotlarni beradi. Qattiq jismlarning xossalarini o'rganish uchun tashqi muhitning yadroviy gamma nurlanishining xususiyatlariga ta'siri bilan bog'liq ta'sirlarni kuzatishdan foydalaniladi.
Gamma nurlanishi texnologiyada, masalan, metall qismlardagi nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladi - gamma nuqsonlarni aniqlash. Radiatsiya kimyosida gamma-nurlanish kimyoviy transformatsiyalarni, masalan, polimerizatsiya jarayonlarini boshlash uchun ishlatiladi. Gamma nurlanishi oziq-ovqat sanoatida oziq-ovqat mahsulotlarini sterilizatsiya qilish uchun ishlatiladi. Gamma nurlanishning asosiy manbalari tabiiy va sun'iy radioaktiv izotoplar, shuningdek elektron tezlatgichlardir.
Gamma nurlanishining organizmga ta'siri boshqa turdagi ionlashtiruvchi nurlanishning ta'siriga o'xshaydi. Gamma nurlanishi tanaga radiatsiyaviy zarar etkazishi mumkin, uning o'limiga qadar. Gamma-nurlanish ta'sirining tabiati g-kvantalarning energiyasiga va ta'sir qilishning fazoviy xususiyatlariga bog'liq, masalan, tashqi yoki ichki. Gamma nurlanishining nisbiy biologik samaradorligi 0,7-0,9 ni tashkil qiladi. Sanoat sharoitida (past dozalarda surunkali ta'sir qilish) gamma nurlanishining nisbiy biologik samaradorligi 1 ga teng qabul qilinadi. Gamma nurlanishi tibbiyotda o'smalarni davolashda, binolarni, jihozlarni va dori vositalarini sterilizatsiya qilish uchun ishlatiladi. Gamma-nurlanish, shuningdek, keyinchalik iqtisodiy foydali shakllarni tanlash bilan mutatsiyalarni olish uchun ishlatiladi. Mikroorganizmlarning (masalan, antibiotiklar olish uchun) va o'simliklarning yuqori mahsuldor navlari shunday ko'paytiriladi.
Radiatsion terapiyaning zamonaviy imkoniyatlari, birinchi navbatda, masofaviy gamma-terapiya vositalari va usullari tufayli kengaydi. Gamma-nurlanishning kuchli sun’iy radioaktiv manbalaridan (kobalt-60, seziy-137), shuningdek, yangi gamma-preparatlardan foydalanish borasidagi keng ko‘lamli ishlar natijasida masofaviy gamma-terapiya muvaffaqiyatiga erishildi.
Masofaviy gamma-terapiyaning katta ahamiyati gamma-qurilmalarning nisbatan mavjudligi va ulardan foydalanish qulayligi bilan ham izohlanadi. Ikkinchisi, shuningdek, rentgen nurlari statik va mobil nurlanish uchun mo'ljallangan. Mobil nurlanish yordamida ular sog'lom to'qimalarning dispers nurlanishi bilan o'simtada katta dozani yaratishga intilishadi. Penumbrani kamaytirish, maydonning homogenizatsiyasini yaxshilash, tortish filtrlaridan foydalanish va qo'shimcha himoya opsiyalarini qidirishga qaratilgan gamma-nurli mashinalarning dizayni yaxshilandi.
Oʻsimlikchilikda yadro nurlanishidan foydalanish qishloq xoʻjaligi oʻsimliklarining metabolizmini oʻzgartirish, hosildorligini oshirish, rivojlanishini tezlashtirish va sifatini yaxshilash uchun yangi, keng imkoniyatlar ochdi.
Radiobiologlarning birinchi tadqiqotlari natijasida ionlashtiruvchi nurlanish tirik organizmlarning o'sishi, rivojlanishi va metabolizmiga ta'sir qiluvchi kuchli omil ekanligi aniqlandi. O'simliklar, hayvonlar yoki mikroorganizmlarda gamma nurlanish ta'sirida muvofiqlashtirilgan metabolizm o'zgaradi, fiziologik jarayonlarning borishi tezlashadi yoki sekinlashadi (dozaga qarab), o'sish, rivojlanish va hosilning o'zgarishi kuzatiladi.
Shuni alohida ta'kidlash kerakki, gamma nurlanishi paytida radioaktiv moddalar urug'larga kirmaydi. Nurlangan urug'lar, shuningdek, ulardan yetishtirilgan hosil radioaktiv emas. Optimal nurlanish dozalari faqat o'simlikda sodir bo'ladigan normal jarayonlarni tezlashtiradi va shuning uchun ekishdan oldin nurlanishga duchor bo'lgan urug'lardan olingan hosildan foydalanishga qarshi har qanday qo'rquv va ogohlantirishlar mutlaqo asossizdir.
Qishloq xoʻjaligi mahsulotlarini saqlash muddatini oshirish va turli hasharotlar zararkunandalarini yoʻq qilish uchun ionlashtiruvchi nurlanish qoʻllanila boshlandi. Misol uchun, donni elevatorga yuklashdan oldin kuchli nurlanish manbai bo'lgan bunkerdan o'tkazilsa, zararkunandalarning ko'payishi ehtimoli istisno qilinadi va donni uzoq vaqt davomida hech qanday yo'qotishsiz saqlash mumkin. Oziqlantiruvchi mahsulot sifatida donning o'zi bunday nurlanish dozalarida o'zgarmaydi. Uni eksperimental hayvonlarning to'rt avlodi uchun oziq-ovqat sifatida ishlatish o'sishda, ko'payish qobiliyatida va normadan boshqa patologik og'ishlarda hech qanday og'ishlarga olib kelmadi.
Atom reaktori.
Reaktor uchun energiya manbai og'ir yadrolarning bo'linishi hisoblanadi. Eslatib o'tamiz, yadrolar nuklonlardan, ya'ni proton va neytronlardan tashkil topgan. Protonlar soni Z yadroning zaryadini aniqlaydi: u davriy sistemadagi elementning soniga teng, A yadrosining atom og'irligi esa proton va neytronlarning umumiy soniga teng. Protonlar soni bir xil, ammo neytronlari turlicha bo'lgan yadrolar bir xil elementning turli izotoplari bo'lib, yuqori chap tomondagi atom og'irligi elementi belgisi bilan belgilanadi. Masalan, uranning quyidagi izotoplari mavjud: 238 U, 235 U, 233 U, ...
M yadrosining massasi shunchaki uni tashkil etuvchi proton va neytronlarning massalari yig'indisiga teng emas, balki undan bog'lanish energiyasini aniqlaydigan M qiymatidan kichikdir.
(nisbatga ko'ra) M=Zm p +(A-Z)m n -(A)A, bu erda (A)c - nuklonga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi. Qiymati (A) mos keladigan yadro tuzilishining tafsilotlariga bog'liq ... Biroq, uning atom og'irligiga bog'liqligi uchun umumiy tendentsiya mavjud. Ya'ni, kichik tafsilotlarni e'tiborsiz qoldirib, bu qaramlikni kichikroq darajada ko'payadigan silliq egri chiziq bilan tasvirlash mumkin. A, davriy jadvalning o'rtasida maksimal darajaga etadi va A ning maksimal qiymatlaridan keyin kattaroq qiymatlarga kamayadi. Atom og'irligi A va massasi M bo'lgan og'ir yadro A 1 va A 2 massali ikkita yadroga bo'linganini tasavvur qiling. 1 va M 2 mos ravishda va A 1 + A 2 A ga teng yoki undan bir oz kamroq, chunki parchalanish jarayonida bir nechta neytronlar uchib ketishi mumkin. Aniqlik uchun, keling, A 1 + A 2 = A holatini olaylik. Boshlang'ich yadro va ikkita oxirgi yadro massalari o'rtasidagi farqni ko'rib chiqamiz va biz A 1 = A 2 deb faraz qilamiz, shuning uchun (A 1) \u003d ( A 2), M \u003d M- M 1 -M 2 \u003d - (A) A + (A 1) (A 1 + A 2) \u003d A ((A 1) - (A 1)). Agar A davriy sistemaning oxiridagi og'ir yadroga to'g'ri kelsa, u holda A 1 o'rtada joylashgan va maksimal qiymatga ega (A 2). Bu shuni anglatadiki, M>0 va shuning uchun bo'linish jarayonida E d \u003d Ms 2 energiyasi chiqariladi. Og'ir yadrolar uchun, masalan, uran yadrolari uchun, ((A 1) - (A)) 2 \u003d 1 MeV bilan. Shunday qilib, A=200 da biz E d = 200 MeV ga egamiz. Eslatib o'tamiz, elektron-volt (eV) 1V potentsial farqi (1eV = 1,6 * 10 -19 J) ta'sirida elementar zaryad tomonidan olingan energiyaga teng bo'lgan tizimdan tashqari energiya birligidir. Masalan, yadroning bo'linishi paytida ajralib chiqadigan o'rtacha energiya 235 U
E d \u003d 180 MeV \u003d 180 10 6 eV.
Shunday qilib, og'ir yadrolar potentsial energiya manbalari hisoblanadi. Biroq, yadrolarning o'z-o'zidan bo'linishi juda kam uchraydi va amaliy ahamiyatga ega emas. Agar neytron og'ir yadroga kirsa, bo'linish jarayoni keskin tezlashishi mumkin. Bu hodisa turli yadrolar uchun har xil intensivlikda yuzaga keladi va jarayonning samarali kesimi bilan o'lchanadi. Keling, samarali tasavvurlar qanday aniqlanganligini va ular turli jarayonlarning ehtimolliklari bilan qanday bog'liqligini eslaylik. Tasavvur qiling-a, zarrachalar dastasi (masalan, neytronlar) muayyan jismlardan, aytaylik, yadrolardan tashkil topgan nishonga tushmoqda. N 0 - nurdagi neytronlar soni, n - yadrolarning birlik hajmdagi zichligi (1 sm 3). Keling, ma'lum bir turdagi hodisalar, masalan, maqsadli yadrolarning bo'linishi bilan qiziqaylik. Keyin bunday hodisalarning soni N N=N 0 nl eff formulasi bilan aniqlanadi, bu erda l - maqsadli uzunlik va eff - berilgan energiya E bo'lgan bo'linish jarayonining (yoki boshqa har qanday jarayonning) kesmasi deyiladi. hodisa neytronlarining energiyasiga. Oldingi formuladan ko'rinib turibdiki, samarali kesma maydonning o'lchamiga ega (sm 2). Bu mutlaqo tushunarli geometrik ma'noga ega: bu platforma bo'lib, unga kirish orqali bizni qiziqtiradigan jarayon sodir bo'ladi. Shubhasiz, agar kesma katta bo'lsa, jarayon qizg'in bo'ladi va kichik kesma bu maydonga tushish ehtimoli past bo'ladi, shuning uchun bu holda jarayon kamdan-kam hollarda sodir bo'ladi.
Shunday qilib, ba'zi bir yadro uchun bizda bo'linish jarayonining etarlicha katta samarali kesimi bo'lsin, bo'linish paytida ikkita katta A 1 va A 2 bo'laklari bilan bir qatorda bir nechta neytronlar uchib ketishi mumkin. Qo'shimcha neytronlarning o'rtacha soni ko'paytirish koeffitsienti deb ataladi va k belgisi bilan belgilanadi. Keyin reaksiya sxema bo'yicha ketadi
n+A A 1 + A 2 + kn.
Bu jarayonda tug'ilgan neytronlar, o'z navbatida, A yadrolari bilan reaksiyaga kirishadi, bu esa yangi bo'linish reaktsiyalarini va yangi, hatto ko'proq neytronlarni beradi. Agar k > 1 bo'lsa, bunday zanjirli jarayon kuchayib borayotgan intensivlik bilan sodir bo'ladi va juda katta miqdordagi energiya ajralib chiqishi bilan portlashga olib keladi. Ammo bu jarayonni nazorat qilish mumkin. Hamma neytronlar ham A yadrosiga kirishi shart emas: ular reaktorning tashqi chegarasi orqali tashqariga chiqishi mumkin, ular reaktorga maxsus kiritilgan moddalarga singib ketishi mumkin. Shunday qilib, k ning qiymati 1 ga teng va undan biroz oshib ketadigan ba'zi bir k eff ga kamayishi mumkin. Keyin ishlab chiqarilgan energiyani yo'naltirishga vaqt topish mumkin va reaktorning ishlashi barqaror bo'ladi. Shunga qaramay, bu holda reaktor kritik rejimda ishlaydi. Energiyani to'kib tashlamaslik o'sib borayotgan zanjirli reaktsiyaga va falokatga olib keladi. Barcha operatsion tizimlarda xavfsizlik choralari mavjud, ammo baxtsiz hodisalar ro'y berish ehtimoli juda kam va afsuski, sodir bo'ladi.
Yadro reaktori uchun ishchi modda qanday tanlanadi? Yoqilg'i xujayralari katta samarali bo'linish kesimiga ega bo'lgan izotop yadrolarini o'z ichiga olishi kerak. Bo'limning o'lchov birligi - 1 ombor \u003d 10 -24 sm 2. Biz kesmalarning ikkita guruhini ko'ramiz: (233 U, 235 U, 239 Pu) va kichik (232 Th, 238 U). Farqni tasavvur qilish uchun bo‘linish hodisasi sodir bo‘lishi uchun neytron qancha masofani bosib o‘tishi kerakligini hisoblab chiqamiz. Bu formula uchun N=N 0 nl eff dan foydalanamiz. N=N 0 =1 uchun bizda bu erda n - yadrolarning zichligi, bu erda p - odatiy zichlik va m =1,66*10 -24 g - atom massa birligi. Uran va toriy uchun n = 4,8. 10 22 sm 3. Keyin 235 U uchun biz l = 10 sm, va 232 Th l = 35 m. Shunday qilib, parchalanish jarayonini haqiqiy amalga oshirish uchun 233 U, 235 U, 239 Pu kabi izotoplardan foydalanish kerak. 235 U izotopi tabiiy uran tarkibida oz miqdorda bo'lib, asosan 238 U dan iborat, shuning uchun 235 U izotopi bilan boyitilgan uran odatda yadro yoqilg'isi sifatida ishlatiladi.Shu bilan birga, reaktorning ishlashi paytida sezilarli darajada kamayadi. boshqa parchalanuvchi izotop miqdori hosil bo'ladi - 239 Pu. Plutoniy reaksiyalar zanjiri natijasida olinadi
238 U + n () 239 U () 239 Np () 239 Pu,
bu erda fotonning emissiyasini anglatadi va sxema bo'yicha parchalanish
Bu erda Z yadroning zaryadini aniqlaydi, shuning uchun parchalanish davriy jadvalning keyingi elementida bir xil A, e-elektron va v-elektron antineytrinoga ega bo'ladi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, bo'linish jarayonida olingan A 1, A 2 izotoplari, qoida tariqasida, yarim yemirilish muddati bir yildan yuz minglab yillargacha bo'lgan radioaktivdir, shuning uchun atom elektr stantsiyalarining chiqindilari, yondirilgan yoqilg'i, juda xavfli va saqlash uchun maxsus choralarni talab qiladi. Bu erda millionlab yillar davomida ishonchlilikni ta'minlashi kerak bo'lgan geologik saqlash muammosi paydo bo'ladi. Yadro reaktorlarining kritik rejimda ishlashiga asoslangan yadro energetikasining yaqqol afzalliklariga qaramay, uning jiddiy kamchiliklari ham bor. Bu, birinchidan, Chernobilga o'xshash avariyalar xavfi, ikkinchidan, radioaktiv chiqindilar muammosi. Atom energiyasi uchun subkritik reaktorlardan foydalanish taklifi birinchi muammoni to'liq hal qiladi va ikkinchisini hal qilishni sezilarli darajada osonlashtiradi.
Energiya kuchaytirgich sifatida subkritik rejimdagi yadro reaktori.
Tasavvur qiling-a, biz neytronlarni ko'paytirishning samarali koeffitsienti k eff birlikdan bir oz kamroq bo'lgan yadroviy reaktorni yig'dik. Bu qurilmani doimiy tashqi N 0 neytronlar oqimi bilan nurlantiramiz. Shunda har bir neytron (k effda hisobga olinadigan chiqarilgan va so'rilganlar minus) bo'linishni keltirib chiqaradi, bu esa qo'shimcha N 0 k 2 eff oqimini beradi. Bu sondan har bir neytron yana o'rtacha k eff neytronlarini hosil qiladi, bu esa qo'shimcha N 0 k eff oqimini beradi va hokazo. Shunday qilib, bo'linish jarayonlarini beruvchi neytronlarning umumiy oqimi teng bo'lib chiqadi
N \u003d N 0 (1 + k eff + k 2 eff + k 3 eff + ...) \u003d N 0 k n eff.
Agar keff > 1 bo'lsa, bu formuladagi qatorlar ajralib chiqadi, bu bu holda jarayonning tanqidiy xatti-harakatining aksidir. Agar k eff< 1, ряд благополучно сходится и по формуле суммы геометрической прогрессии имеем
Vaqt birligida energiya chiqishi (kuch) keyin bo'linish jarayonida energiyaning chiqishi bilan aniqlanadi,
qayerga<1 - коэффициент, равный отношению числа нейтронов, вызвавших деление, к полному их числу. Этот коэффициент зависит от конструкции установки, используемых материалов и т.д. Он надёжно вычисляется. В примерах k=0,6. Осталось выяснить, как можно получить первоначальный поток нейтронов N 0 . Для этого можно использовать ускоритель, дающий достаточно интенсивный поток протонов или других частиц, которые, реагируя с некоторой мишенью, порождают большое кол-во нейтронов. Действительно, например, при столкновении с массивной свинцовой мишенью каждый протон, ускоренный до энергии 1ГэВ (10 9 эВ), производит в результате развития ядерного каскада в среднем n = 22 нейтрона. Энергии их составляют несколько мега электрон -вольт, что как раз соответствует работе реактора на быстрых
neytronlar. Tezlatgich oqimi orqali neytron oqimini ifodalash qulay
bu yerda e - protonlarning zaryadi, elementar elektr zaryadiga teng. Biz energiyani elektron voltlarda ifodalaganimizda, bu shuni anglatadiki, biz E \u003d eV ko'rinishini olamiz, bu erda V bu energiyaga mos keladigan potentsial bo'lib, elektron voltda energiya bo'lgani kabi ko'p voltni o'z ichiga oladi. Bu shuni anglatadiki, oldingi formulani hisobga olgan holda, biz energiya chiqarish formulasini qayta yozishimiz mumkin sifatida
Nihoyat, o'simlik kuchini shaklda ifodalash qulay
bu erda V - tezlatgichning energiyasiga mos keladigan potentsial, shuning uchun taniqli formula bo'yicha VI tezlatgich nurining kuchi: P 0 = VI va oldingi formulada R 0 - k eff = 0,98 koeffitsienti. , bu subkritiklikning ishonchli chegarasini ta'minlaydi. Boshqa barcha miqdorlar ma'lum va 1 GeV proton tezlatgich energiyasi uchun bizda mavjud . Biz 120 daromad oldik, bu, albatta, juda yaxshi. Biroq, oldingi formulaning koeffitsienti tezlatgichda ham, elektr energiyasini ishlab chiqarishda ham energiya yo'qotishlari bo'lmagan ideal holatga mos keladi. Haqiqiy koeffitsientni olish uchun oldingi formulani tezlatgichning samaradorligi r y va issiqlik elektr stantsiyasining samaradorligi r e ga ko'paytirish kerak. U holda R=r y r e R 0 bo'ladi. Tezlashtirish samaradorligi ancha yuqori bo'lishi mumkin, masalan, 1 GeV yuqori tok siklotronining haqiqiy loyihasida, r y = 0,43. Elektr ishlab chiqarish samaradorligi 0,42 bo'lishi mumkin. Nihoyat, real daromad R = r y r e R 0 = 21,8, bu hali ham juda yaxshi, chunki tezlatgichni ushlab turish uchun o'rnatish tomonidan ishlab chiqarilgan energiyaning atigi 4,6% qaytarilishi kerak. Bunday holda, reaktor faqat tezlatgich yoqilganda ishlaydi va nazoratsiz zanjir reaktsiyasi xavfi yo'q.
Yadro energetikasini qurish printsipi.
Ma'lumki, dunyodagi hamma narsa molekulalardan iborat
oʻzaro taʼsirlarning murakkab komplekslaridir
suzuvchi atomlar. Molekulalar eng kichik zarralardir
xossalarini saqlaydigan moddalar. Molekulalarning tarkibi
turli kimyoviy elementlarning atomlarini o'z ichiga oladi.
Kimyoviy elementlar bir xil turdagi atomlardan tashkil topgan.
Atom, kimyoviy elementning eng kichik zarrasi,
u "og'ir" yadrodan va elektr atrofida aylanadi
Atomlarning yadrolari musbatlar to'plamidan hosil bo'ladi
zaryadlangan protonlar va neytral neytronlar.
Nuklonlar deb ataladigan bu zarralar ushlab turiladi
qisqa masofali tortishish kuchlari ta'sirida yadrolarda,
mezon almashinuvidan kelib chiqadigan,
kichikroq zarralar.
X elementining yadrosi yoki X-A sifatida belgilanadi, masalan, uran U-235 -,
Bu erda Z - yadro zaryadi, yadroning atom raqamini aniqlaydigan protonlar soniga teng, A - yadroning massa soni, ga teng.
proton va neytronlarning umumiy soni.
Protonlari bir xil, lekin neytronlari har xil bo'lgan elementlarning yadrolari izotoplar deyiladi (masalan, uran)
U-235 va U-238 ikkita izotopiga ega); yadrolari N=const, z=var - izobarlar bo'yicha.
Vodorod yadrolari, protonlar, shuningdek, neytronlar, elektronlar (beta zarralari) va bitta geliy yadrolari (alfa zarralari deb ataladi) yadro tuzilmalaridan tashqarida avtonom ravishda mavjud bo'lishi mumkin. Kosmosda harakatlanadigan va yadrolarning ko'ndalang o'lchamlari tartibidagi masofalarda yadrolarga yaqinlashadigan bunday yadrolar yoki boshqacha elementar zarralar, ular aytganidek, yadrolar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Bunda zarrachalar yadrolar tomonidan tutilishi mumkin yoki to'qnashuvdan so'ng ular harakat yo'nalishini o'zgartirishi, kinetik energiyaning bir qismini yadroga berishi mumkin. Bunday o'zaro ta'sirlar yadro reaktsiyalari deb ataladi. Yadroga kirmagan reaksiya elastik sochilish deyiladi.
Zarracha tutilgandan so'ng, birikma yadrosi qo'zg'aluvchan holatda bo'ladi. Yadro bir necha usulda qo'zg'alishdan "o'zini ozod qilishi" mumkin - boshqa zarracha va gamma kvantni chiqaradi yoki ikkita teng bo'lmagan qismga bo'linadi. Yakuniy natijalarga ko'ra, reaktsiyalar ajralib turadi - tutilish, noelastik sochilish, bo'linish, proton yoki alfa zarrachalarining chiqishi bilan yadroviy transformatsiya.
Yadro transformatsiyalari paytida ajralib chiqadigan qo'shimcha energiya ko'pincha gamma-nurlari oqimi shaklida bo'ladi.
Reaksiyaning ehtimoli ma'lum turdagi reaktsiyaning "ko'ndalang kesimi" qiymati bilan tavsiflanadi.
Og'ir yadrolarning bo'linishi tutilish vaqtida sodir bo'ladi
neytronlar. Bu yangi zarralarni chiqaradi.
va yadroning bog'lanish energiyasi, uzatiladi
parchalanish qismlari. Bu fundamental hodisa.
30-yillarning oxirida nemis olimlari tomonidan kashf etilgan
asos solgan nymi Han va Strassman
atom energiyasidan amaliy foydalanish uchun.
Og'ir elementlarning yadrolari - uran, plutoniy va boshqalar termal neytronlarni intensiv ravishda o'zlashtiradi. Neytronni ushlash harakatidan so'ng, ehtimollik ~ 0,8 bo'lgan og'ir yadro parchalar yoki bo'linish mahsulotlari deb ataladigan massa bo'yicha teng bo'lmagan ikki qismga bo'linadi. Bunda tez neytronlar / (har bo'linish hodisasiga o'rtacha 2,5 neytron), manfiy zaryadlangan beta zarralar va neytral gamma kvantlar chiqariladi va yadrodagi zarrachalarning bog'lanish energiyasi bo'linish bo'laklari, neytronlarning kinetik energiyasiga aylanadi. va boshqa zarralar. Keyinchalik bu energiya moddani tashkil etuvchi atomlar va molekulalarning termal qo'zg'alishiga sarflanadi, ya'ni. atrofdagi materiyani isitish uchun.
Yadro bo'linishi aktidan so'ng, bo'linish paytida tug'ilgan yadro bo'laklari beqaror bo'lib, bir qator ketma-ket radioaktiv o'zgarishlarga uchraydi va biroz kechikish bilan "kechiktirilgan" neytronlarni, ko'p miqdordagi alfa, beta va gamma zarralarini chiqaradi. Boshqa tomondan, ba'zi fragmentlar neytronlarni intensiv ravishda yutish qobiliyatiga ega.
Yadro reaktori - bu yadro energiyasining chiqishi bilan og'ir yadrolarning bo'linishining o'z-o'zini ta'minlaydigan zanjirli reaktsiyasi amalga oshiriladigan texnik qurilma. Yadro reaktori faol zona va himoya korpusiga joylashtirilgan reflektordan iborat.Aktiv zonada himoya qoplamasi va moderatordagi yonilg'i tarkibi ko'rinishidagi yadro yoqilg'isi mavjud. Yoqilg'i xujayralari odatda ingichka tayoqchalar shaklida bo'ladi. Ular to'plamlarda yig'iladi va qopqoqlarga o'raladi. Bunday prefabrik kompozitsiyalar yig'ilishlar yoki kassetalar deb ataladi.
Sovutgich yoqilg'i elementlari bo'ylab harakatlanadi, bu yadroviy o'zgarishlarning issiqligini sezadi. Yadroda isitiladigan sovutish suvi nasoslarning ishlashi yoki Arximed kuchlari ta'siri ostida aylanish pallasida harakat qiladi va issiqlik almashtirgich yoki bug 'generatoridan o'tib, tashqi kontaktlarning zanglashiga olib keladi.
Issiqlikning uzatilishi va uning tashuvchilari harakati oddiy sxema sifatida ifodalanishi mumkin:
1.Reaktor
2. Issiqlik almashtirgich, bug 'generatori
3.Bug 'turbinasi zavodi
4. Generator
5. Kondensator
Industrial jamiyatning rivojlanishi ishlab chiqarish va iste’mol darajasining doimiy oshib borishiga asoslanadi.
har xil turdagi energiya.
Ma'lumki, issiqlik va elektr energiyasi ishlab chiqarish qazib olinadigan yoqilg'ilarni yoqish jarayoniga asoslangan.
energiya resurslari -
- moy
atom energetikasida esa neytronlarning yutilishi jarayonida uran va plutoniy atomlari yadrolarining boʻlinishi.
Insoniyat uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini ishlab chiqarish uchun qazib olinadigan energiya manbalari, metallar, suv, havo iste'moli ko'lami juda katta va, afsuski, resurslar zahirasi cheklangan. Organik tabiiy energiya resurslarining tez tükenishi muammosi ayniqsa dolzarbdir.
1 kg tabiiy uran 20 tonna ko'mir o'rnini bosadi.
Energiya resurslarining jahon zahiralari 355 Q deb baholanadi, bu erda Q issiqlik energiyasining birligi, Q=2,52*1017 kkal = 36*109 tonna standart yoqilg'i /t.c.f./, ya'ni. energiya zahiralari 12,8 * 1012 tonna mos yozuvlar yoqilg'i bo'lishi uchun kaloriyali qiymati 7000 kkal / kg bo'lgan yoqilg'i.
Ushbu miqdorning taxminan 1/3 qismi, ya'ni. ~ 4,3*1012 tse yonilg'i qazib olishning o'rtacha narxida zamonaviy texnologiya yordamida qazib olinishi mumkin. Boshqa tomondan, energiya tashuvchilarga bo'lgan talab 1,1 * 1010 tce / yiliga teng bo'lib, yiliga 3-4% ga o'sib bormoqda, ya'ni. har 20 yilda ikki barobar.
Organik qazilma resurslar, hatto energiya iste'moli o'sishining sekinlashishini hisobga olsak ham, kelgusi asrda sezilarli darajada tugashini taxmin qilish oson.
Aytgancha, oltingugurt miqdori taxminan 2,5% bo'lgan qazilma ko'mir va neftni yoqish har yili 400 million tonnagacha ishlab chiqarishini ta'kidlaymiz. oltingugurt dioksidi va azot oksidi, ya'ni. taxminan 70 kg. yiliga yer aholisiga to'g'ri keladigan zararli moddalar.
Atom yadrosi energiyasidan foydalanish, yadro energetikasini rivojlantirish bu muammoning keskinligini yo'qotadi.
Haqiqatan ham, bizning asrimizni atomga aylantirgan neytronlarni qo'lga kiritish jarayonida og'ir yadrolarning bo'linishi kashf qilinishi, qazilma yoqilg'ining energiya zaxiralariga yadro yoqilg'isining muhim xazinasiga qo'shildi. Yer qobig'idagi uran zaxiralari 1014 tonnani tashkil qiladi. Biroq, bu boylikning asosiy qismi tarqoq holatda - granitlarda, bazaltlarda. Okeanlarning suvlarida uran miqdori 4 * 109 tonnaga etadi. Biroq, qazib olish arzon bo'ladigan nisbatan bir nechta boy uran konlari ma'lum. Shu bois, zamonaviy texnologiya va qulay narxlarda qazib olinadigan uran resurslarining massasi 108 tonnaga baholanmoqda. Uranga bo'lgan yillik talab zamonaviy hisob-kitoblarga ko'ra 104 tonna tabiiy uranni tashkil qiladi. Shunday qilib, bu zaxiralar, akademik A.P. Aleksandrov aytganidek, "Demaklning yonilg'i etishmasligi qilichini deyarli cheksiz vaqtga olib tashlashga" imkon beradi.
Zamonaviy sanoat jamiyatining yana bir muhim muammosi tabiatni, suvning musaffoligini va havo havzasini saqlashni ta'minlashdir.
Olimlarning qazib olinadigan yoqilg'ilarning yonishi natijasida karbonat angidrid chiqindilari va shunga mos ravishda sayyoramizdagi iqlimning global isishi natijasida yuzaga keladigan "issiqxona effekti" haqidagi tashvishlari. Havo havzasidagi gazning ifloslanishi, “nordon” yomg‘irlari, daryolarning zaharlanishi muammolari esa ko‘plab hududlarda keskin nuqtaga yaqinlashdi.
Yadro energetikasi kislorodni iste'mol qilmaydi va normal ish paytida ahamiyatsiz emissiyaga ega. Agar atom energetikasi an’anaviy energiya o‘rnini bossa, global isishning og‘ir ekologik oqibatlariga olib keladigan “issiqxona”ning paydo bo‘lish ehtimoli yo‘qoladi.
Atom energetikasi dunyoning deyarli barcha mintaqalarida o'zining iqtisodiy samaradorligini isbotlagani nihoyatda muhim holatdir. Bundan tashqari, atom elektr stantsiyalarida katta hajmdagi energiya ishlab chiqarishda ham, atom energiyasi hech qanday maxsus transport muammolarini keltirib chiqarmaydi, chunki u ahamiyatsiz transport xarajatlarini talab qiladi, bu jamiyatlarni doimiy ravishda katta miqdordagi qazib olinadigan yoqilg'ilarni tashish yukidan ozod qiladi.
Yadro reaktorlari bir necha guruhlarga bo'linadi:
neytron spektrining o'rtacha energiyasiga qarab - tez, oraliq va issiqlikka;
yadroning dizayn xususiyatlariga ko'ra - korpusga va kanalga;
sovutish suvi turi bo'yicha - suv, og'ir suv, natriy;
moderator turi bo'yicha - suvga, grafitga, og'ir suvga va hokazo.
Energiya maqsadlarida elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun quyidagilar qo'llaniladi:
bosim ostida qaynamaydigan yoki qaynoq suv bilan ishlaydigan bosimli suv reaktorlari;
qaynoq suv bilan yoki karbonat angidrid bilan sovutilgan uran-grafit reaktorlari,
og'ir suv kanali reaktorlari va boshqalar.
Kelajakda suyuq metallar (natriy va boshqalar) bilan sovutilgan tez neytron reaktorlari keng qo'llaniladi; unda biz yoqilg'ini ko'paytirish rejimini tubdan amalga oshiramiz, ya'ni. plutoniyning parchalanuvchi Pu-239 izotoplari miqdori U-235 iste'mol qilinadigan uran izotoplari miqdoridan oshib ketadi. Yoqilg'ining ko'payishini tavsiflovchi parametr plutoniy koeffitsienti deb ataladi. Bu neytronni ushlab turadigan va U-235 ga bo'linish yoki radiatsiyaviy transformatsiyaga uchragan bitta U-235 atomiga U-238da neytronni tutib olish reaktsiyalarida qancha Pu-239 atomlari hosil bo'lishini ko'rsatadi.
Bosimli suv reaktorlari dunyodagi energiya reaktorlari parkida muhim o'rin tutadi. Bundan tashqari, ular dengiz flotida ham yer usti kemalari, ham suv osti kemalari uchun quvvat manbalari sifatida keng qo'llaniladi. Bunday reaktorlar nisbatan ixcham, sodda va ishonchli ishlaydi. Bunday reaktorlarda sovutish suvi va neytron moderatori bo'lib xizmat qiladigan suv nisbatan arzon, agressiv emas va yaxshi neytronik xususiyatlarga ega.
Bosimli suv reaktorlari bosimli yoki engil suv reaktorlari sifatida ham tanilgan. Ular olinadigan qopqoqli silindrsimon bosimli idish shaklida ishlab chiqariladi. Ushbu idish (reaktor idishi) yonilg'i agregatlari (yoqilg'i patronlari) va boshqaruv va himoya tizimining harakatlanuvchi elementlaridan tashkil topgan yadroni o'z ichiga oladi. Suv tanaga nozullar orqali kiradi, yadro ostidagi bo'shliqqa oziqlanadi, yonilg'i elementlari bo'ylab vertikal ravishda yuqoriga qarab harakatlanadi va chiqish nozullari orqali aylanma halqaga chiqariladi. Yadro reaktsiyalarining issiqligi bug 'generatorlarida past bosimli ikkilamchi suvga o'tkaziladi. Suvning sxema bo'ylab harakatlanishi aylanma nasoslarning ishlashi yoki issiqlik ta'minoti stantsiyalari uchun reaktorlarda bo'lgani kabi, tabiiy aylanishning harakatlantiruvchi bosimi tufayli ta'minlanadi.
Ertaga yadroviy sintez.
"Ertaga", birinchi navbatda, o'z-o'zini ta'minlaydigan sintezga erishish mumkin bo'lgan tokamaklarning keyingi avlodini yaratish rejalashtirilgan. Shu maqsadda I.V.Kurchatov nomidagi IAE va D.V.Efremov nomidagi Elektrofizika asbob-uskunalari ilmiy-tadqiqot institutida eksperimental termoyadro reaktori (OTR) ishlab chiqilmoqda.
OTRda maqsad reaksiyaning o'zini shunday darajada ushlab turishdan iboratki, foydali energiyaning sarflangan energiyaga nisbati (Q bilan belgilanadi) bittadan katta yoki hech bo'lmaganda teng bo'lsin: Q=1. Bu holat Q=5 bo'lgan tijorat reaktorini yaratish yo'lida tizimning barcha elementlarining rivojlanishining jiddiy bosqichidir. Mavjud hisob-kitoblarga ko'ra, faqat Q ning ushbu qiymatida termoyadroviy energiya manbasining o'zini o'zi ta'minlashga erishiladi, bunda barcha xizmat ko'rsatish jarayonlari xarajatlari, shu jumladan ijtimoiy va maishiy xarajatlar qoplanadi. Ayni paytda Amerika TFTRda Q=0,2-0,4 qiymatiga erishildi.
Boshqa muammolar ham bor. Misol uchun, birinchi devor - ya'ni toroidal vakuum kamerasining qobig'i - butun tuzilishning eng stressli, tom ma'noda uzoq davom etadigan qismi. OTRda uning hajmi taxminan 300 m 3, sirt maydoni esa taxminan 400 m 2 ni tashkil qiladi. Devor atmosfera bosimiga va magnit maydondan kelib chiqadigan mexanik kuchlarga bardosh bera oladigan darajada kuchli bo'lishi kerak va plazmadan issiqlik oqimlarini toroidning tashqi tomonida aylanib yuradigan suvga sezilarli harorat farqisiz olib tashlash uchun etarlicha nozik bo'lishi kerak. Uning optimal qalinligi 2 mm. Materiallar sifatida ostenitik po'latlar yoki nikel va titanium qotishmalari tanlangan.
Euratom tomonidan NET (Next Europeus Tor) ni o'rnatish rejalashtirilgan, ko'p jihatdan OTPga o'xshaydi, bu JET va T-15 dan keyingi tokamaklarning keyingi avlodidir.
NET 1994-1999 yillarda qurilishi kerak edi. Tadqiqotning birinchi bosqichi 3-4 yil ichida amalga oshirilishi rejalashtirilgan.
Ular NETdan keyingi avlod haqida ham gapirishadi - bu shartli ravishda DEMO deb ataladigan "haqiqiy" termoyadroviy reaktor. Biroq, hatto NET bilan ham hamma narsa aniq emas, chunki bir nechta xalqaro inshootlarni qurish rejalashtirilgan.