МОСКОВСЬКИЙ ІНЖЕНЕРНО-ФІЗИЧНИЙ
ІНСТИТУТ
Кафедра № 33
В
Математичні моделі фізичних процесів
"Реакція поділу ядер. Життєвий цикл нейтронів "
В
Москва
2002
1. ОСНОВИ ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ
В
1.1 Способи отримання енергії
У наш час, з кожним роком зростають потреби людства в енергії. На отримання необхідної кількості енергії затрачається приблизно 30% виробничих зусиль людини. Цілком очевидно, що повний запас енергії в природі відповідно до закону збереження енергії не змінюється. Тому процес отримання енергії являє собою переклад енергії з пов'язаної (енергія спокою) у вільну форму (енергію відносного руху тіл). Вільна енергія швидко розсіюється в просторі, тому її можна використовувати. p> Отже ми приходимо до того, що необхідно вміти викликати процеси, які призводять до втрати маси тіл і еквівалентному виграшу вільної енергії. Звичайно, отримувати енергію можна лише за умови існування достатньої кількості палива. Нехай мікрочастинки речовини палива перебувають у стані з енергією E 1 і існує інше можливе стан цих частинок з енергією E 2 (E 1 > E 2 ). У принципі є можливість переходу в другий стан, але йому перешкоджає існування енергетичного бар'єру, тобто деякого необхідного проміжного стану з енергією E '(E'> E 1 ). Таким чином процес спалювання палива повинен бути ініційований деякими зовнішнім збудженням. br/>
1.2 Способи організації реакції горіння, ланцюгові реакції
Існує два способи збудження реакції горіння палива. Перший - використання кінетичної енергії зіткнення частинок (Термоядерний процес). Інший спосіб полягає у використанні енергії зв'язку приєднуються частинок. Для порушення такої реакції потрібно направляти у паливо активні частинки. p> Досить велика кількість речовини може випробувати перетворення лише при самопідтримуваної ланцюгової реакції. Ланцюгова реакція володіє наступним важливим властивістю - акт реакції збуджується при поглинанні частинки, а в результаті її повинні з'являтися вторинні активні частинки. p> При ядерних перетвореннях носієм ланцюгового процесу може служити нейтрон, оскільки він не має електричного заряду і може безперешкодно зближуватися з атомними ядрами. Серед відомих ядерних реакцій лише одна має властивість ланцюгових реакцій. Це реакція поділу важких ядер, які легко збуджуються нейтроном і дають в середньому 2,5 на акт поділу вторинних нейтронів. Основну трудність представляє собою не організація ланцюгової реакції, а одержання чистих діляться речовин. Важливою рисою ланцюгових ядерних реакцій є той факт, що їх швидкості не залежать від температури середовища, що є їх головною перевагою перед процесами з тепловим збудженням.
2. ВЗАЄМОДІЯ НЕЙТРОНІВ з ядерними РЕЧОВИНОЮ, РЕАКЦІЯ поділу ядер.
В
2.1. Загальні відомості про ядерні реакціях взаємодії нейтронів з ядрами
У зв'язку з вищесказаним цілком очевидно, яке значення сьогодні має використання ядерної енергії. Пристрій, призначений для організації та підтримки ланцюгової реакції поділу ядер з метою отримання енергії називається ядерним енергетичним реактором.
В основі роботи ядерного реактора лежать процеси взаємодії нейтронів з ядерним речовиною, найбільш важливими з яких є - реакція поділу ядер, реакція радіаційного захоплення (поглинання) і реакція розсіювання.
ділення (fission)
n A поглинання (capture)
розсіяння (scattaring)
Ядерні реакції підкоряються законам квантової механіки, тому можна говорити лише про ймовірність протікання тієї чи іншої з них. Мірою ймовірності даного типу реакції є ефективне (мікроскопічне) розтин.
В
2.2. Ефективні перерізи ядерних реакцій
Розглянемо тонку пластинку, що містить N я ядер, на яку падає потік нейтронів зі швидкістю v і концентрацією n.
Знайдемо кількість реакцій того чи іншого типу.
Нехай кількість реакцій дорівнює R, тоді p> R = j N я s (1)
j = nv - щільність потоку нейтронів, s - мікроскопічне перетин взаємодії. s вимірюється в барнах (1 б = 10 -24 см 2 ).
Можна записати рівняння (1) для трьох основних ядерних реакцій:
R f = j N я s f - реакція поділу
Rc = j N я s c - реакція радіаційного захоплення
R s = j N я s s - реакція розсіювання
s total = s f + s c + s s
Взагалі кажучи, мікроскопічні перерізу взаємодії всіх реакцій залежать від масового числа ядра і від енергії ней...
