Ķēdes reakcija ir pašpietiekama ķīmiska reakcija, kurā sākotnēji topošie produkti piedalās jaunu produktu veidošanā. Ķēdes reakcijas parasti notiek lielā ātrumā, un tām bieži ir sprādziena raksturs.
Ķēdes reakcijas notiek trīs galvenajos posmos: nukleācija (iniciācija), attīstība un ķēdes pārtraukšana.
Rīsi. 9.13. Reakcijas enerģijas profils (potenciālās enerģijas grafiks pret reakcijas koordinātu), kas parāda minimumu, kas atbilst reakcijas starpprodukta veidošanai.
Iniciācijas stadija. Šajā posmā veidojas starpprodukti (starpprodukti). Starpprodukti var būt atomi, joni vai neitrālas molekulas. Iniciāciju var veikt ar gaismu, kodolstarojumu, termisko (termisko) enerģiju, anjoniem vai katalizatoriem.
Attīstības stadija. Šajā posmā starpprodukti reaģē ar sākotnējiem reaģentiem, veidojot jaunus starpproduktus un galaproduktus. Attīstības stadija ķēdes reakcijās tiek atkārtota daudzas reizes, kā rezultātā veidojas liels skaits gala un starpproduktu.
ķēdes pārraušanas stadija. Šajā posmā notiek starpproduktu gala patēriņš vai to iznīcināšana. Tā rezultātā reakcija apstājas. Ķēdes reakcija var pārtrūkt spontāni vai īpašu vielu – inhibitoru – ietekmē.
Ķēdes reakcijām ir svarīga loma daudzās ķīmijas nozarēs, jo īpaši fotoķīmijā, degšanas ķīmijā, kodola skaldīšanas un kodolsintēzes reakcijās (sk. 1. nodaļu) un organiskajā ķīmijā (sk. 17.–20. nodaļu).
Fotoķīmija
Šī ķīmijas nozare aptver ķīmiskie procesi saistīta ar gaismas ietekmi uz vielu. Fotoķīmisko procesu piemērs ir fotosintēze.
Daudzas ķēdes reakcijas tiek ierosinātas ar gaismu. Iniciējošā daļiņa šajā gadījumā ir fotons, kuram ir enerģija (sk. 1.2. nodaļu). Klasisks piemērs ir reakcija starp ūdeņradi un hloru gaismas klātbūtnē
Šī reakcija turpinās ar sprādzienu. Tas ietver šādus trīs posmus.
Iniciācija. Šajā posmā ir pārtraukums kovalentā saite hlora molekulā, kā rezultātā veidojas divi atomi, katrs ar nepāra elektronu:
Šāda veida reakcija ir homolīze jeb hemolītiskā dalīšanās (skatīt 17.3. apakšpunktu). Tas ir arī fotolīzes piemērs. Termins "fotolīze" nozīmē fotoķīmisko sadalīšanos. Divi izveidotie hlora atomi ir starpprodukti (starpprodukti). Viņi ir radikāļi. Radikāls ir atoms (vai atomu grupa), kurā ir vismaz viens nepāra elektrons. Jāņem vērā, ka, lai gan iniciācijas solis ir lēnākais posms ķēdes reakcijā, tas nenosaka visas ķēdes reakcijas ātrumu.
Attīstības stadija. Šajā posmā hlora atomi reaģē ar ūdeņraža molekulām, veidojot gala produkts- ūdeņraža hlorīds, kā arī ūdeņraža radikāļi. Ūdeņraža radikāļi reaģē ar hlora molekulām; rezultātā veidojas jaunas produkta daļas un jauni hlora radikāļi:
Šīs divas reakcijas, kas kopā veido attīstības stadiju, atkārtojas miljoniem reižu.
ķēdes pārraušanas stadija. Rezultātā ķēdes reakcija beidzot apstājas
tādas reakcijas kā
Lai absorbētu enerģiju, kas izdalās šo ķēdes pārtraukšanas reakciju laikā, ir nepieciešams, lai tajās piedalītos kāds cits trešais ķermenis. Šis trešais ķermenis parasti ir trauka sienas, kurā notiek reakcija.
kvantu izvade
Viena gaismas fotona absorbcija hlora molekulā iepriekš aprakstītajā ķēdes reakcijā var izraisīt miljoniem ūdeņraža hlorīda molekulu veidošanos. Produkta molekulu skaita attiecību pret gaismas kvantu (fotonu) skaitu, kas ierosina reakciju, sauc par kvantu iznākumu. foto kvantu raža ķīmiskās reakcijas var būt vērtības no viena līdz vairākiem miljoniem. Augsts kvantu iznākums norāda uz notiekošās reakcijas ķēdes raksturu.
zibspuldzes fotolīze
Šis ir metodes nosaukums, ko izmanto, lai iegūtu radikāļus ar pietiekami augstu koncentrāciju, lai tos atklātu. Uz att. 9.14. attēlā parādīta zibspuldzes fotolīzei izmantotās iestatīšanas vienkāršota diagramma. Tiek ietekmēts reakcijas maisījums
Rīsi. 9.14. zibspuldzes fotolīze.
spēcīga gaismas zibspuldze no īpaša impulsa avota. Šāds avots ļauj radīt gaismas uzliesmojumus ar enerģiju līdz 105 J un ilgumu s vai mazāk. Mūsdienu tehnikas zibspuldzes fotolīzē izmanto impulsu lāzerus ar zibspuldzes ilgumu nanosekundes (10-9 s) apmērā. Reakcijai, kas notiek šādas gaismas uzliesmojuma rezultātā, var sekot, reģistrējot reakcijas maisījuma optiskās absorbcijas spektru secību. Pirmajai zibspuldzei seko virkne zibšņu no mazjaudas impulsa avota. Šie uzplaiksnījumi seko viens otram milisekundes vai mikrosekundes intervālos un ļauj reģistrēt reakcijas maisījuma absorbcijas spektrus šādos laika intervālos.
Degšana
Reakciju ar skābekli, kas izraisa siltumenerģijas un gaismas izdalīšanos, sauc par sadegšanu. Degšana parasti notiek kā sarežģīta radikālu reakciju secība.
Kā piemēru ņemsim ūdeņraža sadedzināšanu. Noteiktos apstākļos šī reakcija notiek ar sprādzienu. Uz att. 9.15 sniegti eksperimentālie dati stehiometriskā ūdeņraža un skābekļa maisījuma reakcijai Pyrex reaktorā. Diagrammas iekrāsotā daļa atbilst šīs reakcijas sprādzienbīstamajam apgabalam. Ūdeņraža sadegšanas reakcijai šai diagrammas sadaļai ir sprādzienbīstamas pussalas forma. Sprādziena zona ir ierobežota ar sprādziena robežām.
Rīsi. 9.15. Ūdeņraža degšanas sprādzienbīstamas reakcijas nosacījumi:
Ķēdes reakcija
Ķēdes reakcija- ķīmiska un kodolreakcija, kurā aktīvās daļiņas parādīšanās (ķīmiskā procesā brīvais radikālis vai atoms, kodolprocesā neitrons) izraisa lielu skaitu (ķēdes) secīgu neaktīvu molekulu vai kodolu transformāciju. Brīvajiem radikāļiem un daudziem atomiem, atšķirībā no molekulām, ir brīvas nepiesātinātās valences (nesapārots elektrons), kas izraisa to mijiedarbību ar sākotnējām molekulām. Brīvajam radikālim (R) saduroties ar molekulu, pārtrūkst viena no pēdējās valences saitēm un līdz ar to reakcijas rezultātā veidojas jauns brīvais radikālis, kurš, savukārt, reaģē ar citu molekulu – notiek ķēdes reakcija.
Ķēdes reakcijas ķīmijā ietver oksidācijas (sadegšanas, eksplozijas), krekinga, polimerizācijas un citus procesus, kurus plaši izmanto ķīmiskajā un naftas rūpniecībā.
Wikimedia fonds. 2010 .
Skatiet, kas ir "ķēdes reakcija" citās vārdnīcās:
ĶĒDES REAKCIJA, pašpietiekams kodola skaldīšanas process, kurā viena reakcija sākas ar otro, otra - trešo un tā tālāk. Lai sāktu reakciju, ir nepieciešami kritiski apstākļi, tas ir, materiāla masa, kas spēj sadalīties, ... ... Zinātniskā un tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca
ķēdes reakcija- Jebkurš bioloģisks (vai ķīmiski fizikāls) process, kas sastāv no virknes savstarpēji saistītu procesu, kurā katra posma produkts (vai enerģija) ir dalībnieks nākamajā posmā, kas noved pie ķēdes uzturēšanas un (vai) paātrināšanas ... ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata
ķēdes reakcija- 1) Reakcija, kas izraisa lielu skaitu sākotnējās vielas molekulu pārvērtību. 2) Pašpietiekama dalīšanās reakcija atomu kodoli smagie elementi neitronu ietekmē. 3) izvērsties Par vairākām darbībām, stāvokļiem utt., kurās viens vai viens ... ... Daudzu izteicienu vārdnīca
Ķēdes reakcija Jebkurš bioloģisks (vai ķīmiski fizikāls) process, kas sastāv no virknes savstarpēji saistītu procesu, kurā katra posma produkts (vai enerģija) ir dalībnieks nākamajā posmā, kas noved pie uzturēšanas un (vai) ... ... Molekulārā bioloģija un ģenētika. Vārdnīca.
ķēdes reakcija- grandininės reakcijas statuss T joma ķīmiskā apzīmējums Ķīmiskā ar kodolenerģijas reakcija, kas aktyvusis centras sukelia daug kitų grandinę. atitikmenys: engl. ķēdes reakcija. ķēdes reakcija … Chemijos terminų aiskinamasis žodynas
ķēdes reakcija- grandininė reakcija statusas T joma fizika atitikmenys: engl. ķēdes reakcija vok. Ketenkera reakcija, f; Kettenreaktion, f rus. ķēdes reakcija, f pranc. réaction en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas
Razg. Par notiekošo, nekontrolēto procesu, iesaistot kādu, kaut ko. kādā l. BMS 1998, 489; BTS, 1462... Liela krievu teicienu vārdnīca
Ķēdes reakcijas zinātniskā koncepcija. Un arī "Ķēdes reakcija" ir vairāku spēlfilmu nosaukums: PSRS filma "Ķēdes reakcija" 1962. gadā. Ķēdes reakcija ir 1963. gada franču kriminālkomēdijas filma. "Ķēde ... ... Wikipedia
Ķēdes reakcijas zinātniskā koncepcija. Un arī "Ķēdes reakcija" ir vairāku spēlfilmu nosaukums: PSRS filma "Ķēdes reakcija" 1962. gadā. Ķēdes reakcija ir 1963. gada franču kriminālkomēdijas filma. "Ķēdes reakcijas" filma Austrālija ... ... Wikipedia
Ķēdes reakcija (filma, 1963) Šim terminam ir arī citas nozīmes, skatiet sadaļu Ķēdes reakcija (nozīmes). Ķēdes reakcijas karambolāžas ... Wikipedia
Grāmatas
- Ķēdes reakcija, Elkeles Simone. Vecuma 18+ 3 funkcijas: - The New York Times, Amazon bestsellers; - no pasaules bestselleru "Perfekta ķīmija" un "Pievilkšanās likums" autora - Tiem, kas tic, ka mīlestība maina visu." Lieliski…
Kodolķēdes reakcija- pašpietiekama smago kodolu dalīšanās reakcija, kurā neitroni tiek nepārtraukti atveidoti, sadalot arvien jaunus kodolus.Urāna-235 kodols neitrona iedarbībā sadalās divos nevienādas masas radioaktīvos fragmentos, kas lielā ātrumā izlido. dažādas puses, un divi vai trīs neitroni. Kontrolētas ķēdes reakcijas ko veic kodolreaktoros vai kodolkatlos. Šobrīd kontrolētas ķēdes reakcijas tiek veiktas uz urāna-235, urāna-233 (mākslīgi iegūts no torija-232), plutonija-239 (mākslīgi iegūts no brūces-238), kā arī plutonija-241 izotopiem. Ļoti svarīgs uzdevums ir izolēt tā izotopu urānu-235 no dabiskā urāna. Jau no pirmajiem soļiem kodoltehnoloģijas attīstībā urāna-235 izmantošanai bija izšķiroša nozīme, taču tā iegūšana tīrā veidā bija tehniski sarežģīta, jo urāns-238 un urāns-235 ir ķīmiski nedalāmi.
50.Kodolreaktori. Kodoltermiskās enerģijas izmantošanas perspektīvas.
Kodolreaktors- Šī ir ierīce, kurā tiek veikta kontrolēta kodola ķēdes reakcija, ko papildina enerģijas izdalīšanās. Pirmais kodolreaktors tika uzbūvēts un palaists 1942. gada decembrī ASV E. Fermi vadībā. Pirmais reaktors, kas uzbūvēts ārpus ASV, bija ZEEP, kas tika palaists Kanādā 1946. gada 25. decembrī. Eiropā pirmais kodolreaktors bija F-1 iekārta, kuru I.V.Kurčatova vadībā palaida 1946.gada 25.decembrī Maskavā.Līdz 1978.gadam pasaulē darbojās jau ap simts kodolreaktoru. dažādi veidi. Jebkura kodolreaktora sastāvdaļas ir: serde ar kodoldegvielu, ko parasti ieskauj neitronu atstarotājs, dzesēšanas šķidrums, ķēdes reakcijas kontroles sistēma, aizsardzība pret radiāciju, tālvadības sistēma. Reaktora tvertne ir pakļauta nodilumam (īpaši jonizējošā starojuma ietekmē). Kodolreaktora galvenā īpašība ir tā jauda. 1 MW jauda atbilst ķēdes reakcijai, kurā 1 sekundē notiek 3·10 16 skaldīšanas notikumi. Augstas temperatūras plazmas fizikas pētījumi tiek veikti galvenokārt saistībā ar izredzēm izveidot termokodolreaktoru. Reaktoram tuvākie parametri ir tokamaka tipa iekārtas. 1968. gadā tika paziņots, ka objektā T-3 ir sasniegta desmit miljonu grādu plazmas temperatūra, un tieši uz šī virziena attīstību pēdējo desmitgažu laikā ir koncentrēti daudzu valstu zinātnieku centieni. dažādas valstis ITER tokamaks. Termonukleāro reaktoru pilnvērtīga izmantošana enerģētikā gaidāma 21. gadsimta otrajā pusē, bez tokamakiem ir arī citi magnētisko slazdu veidi augstas temperatūras plazmas norobežošanai, piemēram, tā sauktie atvērtie slazdi. Vairāku īpašību dēļ tie var saturēt augstspiediena plazmu, un tāpēc tiem ir labas izredzes kā spēcīgiem kodoltermisko neitronu avotiem un nākotnē kā kodoltermiskajiem reaktoriem.
gadā panāktais progress pēdējie gadi Krievijas Zinātņu akadēmijas Sibīrijas filiāles Kodolfizikas institūtā mūsdienu asimetrisko atvērto slazdu pētījumos norāda uz šīs pieejas solījumu. Šie pētījumi turpinās, un tajā pašā laikā BINP strādā pie projekta nākamās paaudzes iekārtai, kas jau spēs demonstrēt plazmas parametrus, kas ir tuvu reaktora parametriem.
Ķēdes kodolreakcija- atsevišķu kodolreakciju secība, katru no kurām izraisa daļiņa, kas parādījās kā reakcijas produkts secības iepriekšējā solī. Kodola ķēdes reakcijas piemērs ir smago elementu kodolu sadalīšanās ķēdes reakcija, kurā galveno skaldīšanas notikumu skaitu ierosina neitroni, kas iegūti iepriekšējās paaudzes kodolu dalīšanās laikā.
Enciklopēdisks YouTube
1 / 3
Kodolfizika. Kodolreakcijas. Ķēdes kodola skaldīšanas reakcija. AES
Kodolspēki Daļiņu saistīšanas enerģija kodolā Urāna kodolu skaldīšana Ķēdes reakcija
Kodolreakcijas
Subtitri
Jaudas atbrīvošanas mehānisms
Vielas transformāciju pavada brīvās enerģijas izdalīšanās tikai tad, ja vielai ir enerģijas rezerve. Pēdējais nozīmē, ka vielas mikrodaļiņas atrodas stāvoklī ar miera enerģiju, kas ir lielāka nekā citā iespējamā stāvoklī, uz kuru pastāv pāreja. Spontānu pāreju vienmēr novērš enerģētiskā barjera, kuras pārvarēšanai mikrodaļiņai jāsaņem kāds enerģijas daudzums no ārpuses – ierosmes enerģija. Eksoenerģētiskā reakcija sastāv no tā, ka pēc ierosmes notiekošajā transformācijā tiek atbrīvots vairāk enerģijas, nekā nepieciešams procesa ierosināšanai. Ir divi veidi, kā pārvarēt enerģijas barjeru: vai nu sadursmes daļiņu kinētiskās enerģijas dēļ, vai arī pievienojošās daļiņas saistīšanas enerģijas dēļ.
Ja paturam prātā enerģijas izdalīšanās makroskopiskos mērogus, tad reakciju ierosināšanai nepieciešamajai kinētiskajai enerģijai ir jābūt visām vai sākumā vismaz dažām vielas daļiņām. To var panākt, tikai palielinot vides temperatūru līdz vērtībai, pie kuras termiskās kustības enerģija tuvojas enerģijas sliekšņa vērtībai, kas ierobežo procesa gaitu. Molekulāro transformāciju, tas ir, ķīmisko reakciju, gadījumā šāds pieaugums parasti ir simtiem kelvinu, savukārt kodolreakciju gadījumā tas ir vismaz 10 7 K sakarā ar ļoti liels augstums Kulona barjeras kodolu sadursmei. Kodolreakciju termiskā ierosme praksē ir veikta tikai vieglāko kodolu sintēzē, kurā Kulona barjeras ir minimālas (termonukleārā saplūšana).
Savienojošo daļiņu ierosināšanai nav nepieciešama liela kinētiskā enerģija, un tāpēc tā nav atkarīga no vides temperatūras, jo tā notiek neizmantoto saišu dēļ, kas raksturīgas pievilcīgo spēku daļiņām. Bet, no otras puses, pašas daļiņas ir nepieciešamas, lai ierosinātu reakcijas. Un, ja atkal mēs domājam nevis atsevišķu reakcijas aktu, bet gan enerģijas ražošanu makroskopiskā mērogā, tad tas ir iespējams tikai tad, kad notiek ķēdes reakcija. Pēdējais rodas, kad daļiņas, kas ierosina reakciju, atkal parādās kā eksoenerģētiskās reakcijas produkti.
ķēdes reakcijas
Ķēdes reakcijas ir plaši izplatītas ķīmisko reakciju vidū, kur daļiņu ar neizmantotām saitēm lomu spēlē brīvie atomi vai radikāļi. Ķēdes reakcijas mehānismu kodolpārveidojumos var nodrošināt neitroni, kuriem nav Kulona barjeras un kuri pēc absorbcijas ierosina kodolus. Nepieciešamās daļiņas parādīšanās vidē izraisa reakciju ķēdi, kas seko viena pēc otras, kas turpinās līdz ķēde tiek pārtraukta reakcijas nesējdaļiņas zuduma dēļ. Ir divi galvenie zudumu iemesli: daļiņas absorbcija, neizdalot sekundāro daļiņu, un daļiņas aizplūšana ārpus ķēdes procesu uzturošās vielas tilpuma. Ja katrā reakcijas aktā parādās tikai viena nesējdaļiņa, tad sauc ķēdes reakciju nesazarots. Nesazarota ķēdes reakcija nevar izraisīt enerģijas izdalīšanos lielā mērogā.
Ja katrā reakcijas aktā vai atsevišķos ķēdes posmos parādās vairāk par vienu daļiņu, tad notiek sazarota ķēdes reakcija, jo viena no sekundārajām daļiņām turpina ķēdi, bet citas dod jaunas ķēdes, kas atkal sazarojas. Tiesa, procesi, kas noved pie ķēdes pārtraukumiem, konkurē ar sazarošanās procesu, un pašreizējā situācija rada ierobežojošas vai kritiskas parādības, kas raksturīgas sazarotajām ķēdes reakcijām. Ja ķēdes pārtraukumu skaits ir lielāks par jauno ķēžu skaitu, kas parādās, tad pašpietiekama ķēdes reakcija(SCR) izrādās neiespējams. Pat ja tas tiek mākslīgi uzbudināts, ievadot vidē noteiktu skaitu nepieciešamo daļiņu, tad, tā kā ķēžu skaits šajā gadījumā var tikai samazināties, iesāktais process ātri sabrūk. Ja izveidoto jaunu ķēžu skaits pārsniedz pārtraukumu skaitu, ķēdes reakcija ātri izplatās visā vielas tilpumā, kad parādās vismaz viena sākotnējā daļiņa.
Vielas stāvokļu zona, kurā attīstās pašpietiekama ķēdes reakcija, ir atdalīta no zonas, kurā ķēdes reakcija parasti nav iespējama, kritisks stāvoklis. Kritisko stāvokli raksturo vienlīdzība starp jaunu ķēžu skaitu un pārtraukumu skaitu.
Kritiskā stāvokļa sasniegšanu nosaka vairāki faktori. Smagā kodola skaldīšanu ierosina viens neitrons, un skaldīšanas notikuma rezultātā parādās vairāk nekā viens neitrons (piemēram, uz 235 U vienā skaldīšanas notikumā saražoto neitronu skaits vidēji ir no 2 līdz 3). Līdz ar to skaldīšanas process var izraisīt sazarotu ķēdes reakciju, kuras nesēji būs neitroni. Ja neitronu zudumu ātrums (uztver bez skaldīšanas, izplūst no reakcijas tilpuma utt.) kompensē neitronu vairošanās ātrumu tā, ka efektīvais neitronu reizināšanas koeficients ir precīzi vienāds ar vienu, tad ķēdes reakcija notiek stacionārā režīmā. Negatīvo atgriezenisko saišu ieviešana starp efektīvo reizināšanas koeficientu un enerģijas izdalīšanās ātrumu ļauj īstenot kontrolētu ķēdes reakciju, kas tiek izmantota, piemēram, atomenerģētikā. Ja reizināšanas koeficients ir lielāks par vienu, ķēdes reakcija attīstās eksponenciāli; gadā izmantota nekontrolēta skaldīšanas ķēdes reakcija
Kodolbumbas shematiskā diagramma
skaldīšanas ķēdes reakcija
Sekundārie neitroni, kas emitēti kodola skaldīšanas laikā (2,5 vienā skaldīšanas notikumā), var izraisīt jaunus skaldīšanas notikumus, kas ļauj veikt ķēdes reakciju. Sadalīšanās ķēdes reakciju raksturo neitronu reizināšanas koeficients K, kas ir vienāds ar neitronu skaita attiecību noteiktā paaudzē un to skaitu iepriekšējā paaudzē. Nepieciešams nosacījums dalīšanās ķēdes reakcijas attīstība ir . Pie zemākām vērtībām reakcija nav iespējama. Kad reakcija norisinās plkst nemainīgs daudzums neitroni (atbrīvotās enerģijas pastāvīgā jauda). Tā ir pašpietiekama reakcija. Pie - slāpēta reakcija. Reizināšanas koeficients ir atkarīgs no skaldāmā materiāla rakstura, aktīvās zonas izmēra un formas. Minimālo skaldāmā materiāla masu, kas nepieciešama ķēdes reakcijai, sauc par kritisko. Kritiskajai masai ir 9 kg, savukārt urāna lodītes rādiuss ir 4 cm.
Ķēdes reakcijas ir vai nu kontrolētas, vai nekontrolētas. Atombumbas sprādziens ir nekontrolētas reakcijas piemērs. Šādas bumbas kodollādiņš ir divi vai vairāki gandrīz tīri vai. Katra gabala masa ir mazāka par kritisko, tāpēc ķēdes reakcija nenotiek. Tāpēc, lai notiktu sprādziens, pietiek apvienot šīs daļas vienā gabalā, kura masa ir lielāka par kritisko. Tas jādara ļoti ātri, un detaļu savienojumam jābūt ļoti ciešam. Pretējā gadījumā kodollādiņš sabruks, pirms tam būs laiks reaģēt. Savienojumam izmanto parasto sprāgstvielu. Apvalks kalpo kā neitronu atstarotājs un turklāt neļauj kodollādiņam izsmidzināt, līdz maksimālais kodolu skaits sadalīšanās laikā atbrīvo visu enerģiju. ķēdes reakcija iekšā atombumba darbojas ar ātriem neitroniem. Sprādziena laikā tikai daļai kodollādiņa neitronu ir laiks reaģēt. Ķēdes reakcijas rezultātā tiek atbrīvota milzīga enerģija. Temperatūra, kas attīstās tajā pašā laikā, sasniedz grādus. Amerikāņu uz Hirosimu nomestās bumbas iznīcinošais spēks bija līdzvērtīgs 20 000 tonnu trotila sprādzienam. Jaunā ieroča modelis ir simtiem reižu jaudīgāks par pirmajiem. Ja tam pievienojam to atomu sprādziens ir milzīgs skaits skaldīšanas fragmentu, ieskaitot ļoti ilgu mūžu, kļūs skaidrs, kādas briesmīgas briesmas šis ierocis rada cilvēcei.
Mainot neitronu reizināšanas koeficientu, var veikt kontrolētu ķēdes reakciju. Ierīci, kurā notiek kontrolēta reakcija, sauc par kodolreaktoru. Skaldmateriāls ir dabiskais vai bagātināts urāns. Lai novērstu neitronu radiācijas uztveršanu ar urāna kodoliem, relatīvi mazi skaldāmo materiālu bloki tiek novietoti zināmā attālumā viens no otra, un spraugas tiek aizpildītas ar vielu, kas regulē neitronus (moderators). Neitronus palēnina elastīgā izkliede. Šajā gadījumā palēninātās daļiņas zaudētā enerģija ir atkarīga no sadursmē esošo daļiņu masu attiecības. Maksimālais enerģijas daudzums tiek zaudēts, ja daļiņām ir vienāda masa. Šo nosacījumu apmierina deitērijs, grafīts un berilijs. Pirmais urāna-grafīta reaktors tika palaists 1942. gadā Čikāgas Universitātē izcilā itāļu fiziķa Fermi vadībā. Lai izskaidrotu reaktora darbības principu, aplūkosim tipisku termiskā neitronu reaktora shēmu (1. att.).
 1. att. |
Reaktora kodolā ir degvielas elementi 1 un moderators 2, kas palēnina neitronus līdz termiskajam ātrumam. Degvielas elementi (degvielas stieņi) ir skaldāma materiāla bloki, kas ir ietverti hermētiskā apvalkā, kas vāji absorbē neitronus. Kodola skaldīšanas laikā atbrīvotās enerģijas dēļ degvielas elementi tiek uzkarsēti, un tāpēc dzesēšanai tie tiek ievietoti dzesēšanas šķidruma plūsmā (3-5 - dzesēšanas šķidruma kanāls). Kodolu ieskauj atstarotājs, kas samazina neitronu noplūdi. Ķēdes reakciju kontrolē īpaši kontroles stieņi, kas izgatavoti no materiāliem, kas spēcīgi absorbē neitronus. Reaktora parametri ir aprēķināti tā, lai ar stieņiem pilnībā ievietotu, reakcija noteikti nenotiktu. Pakāpeniski noņemot stieņus, neitronu reizināšanas koeficients palielinās un noteiktā pozīcijā sasniedz vienotību. Šajā brīdī reaktors sāk darboties. Reaktoram darbojoties, kodolā samazinās skaldāmā materiāla daudzums un tas tiek piesārņots ar skaldīšanas fragmentiem, starp kuriem var būt spēcīgi neitronu absorbētāji. Lai reakcija neapstātos, no aktīvās zonas ar palīdzību automātiska ierīce vadības stieņi tiek pakāpeniski noņemti. Šāda reakcijas kontrole ir iespējama, jo pastāv aizkavēti neitroni, kurus izstaro skaldāmie kodoli ar kavēšanos līdz 1 min. Kad kodoldegviela izdeg, reakcija apstājas. Pirms nākamās reaktora iedarbināšanas izlietotā kodoldegviela tiek izņemta un tiek iekrauta jauna. Reaktorā ir arī avārijas stieņi, kuru ieviešana nekavējoties pārtrauc reakciju. Kodolreaktors ir spēcīgs caurejoša starojuma avots, aptuveni reizes lielāks par sanitārās normas. Tāpēc jebkuram reaktoram ir bioloģiskais vairogs - aizsargmateriālu (piemēram, betona, svina, ūdens) ekrānu sistēma, kas atrodas aiz tā atstarotāja, un tālvadības pults.
Pirmo reizi kodolenerģija mierīgiem mērķiem tika izmantota PSRS. 1954. gadā Obņinskā Kurčatova vadībā tika nodota ekspluatācijā pirmā atomelektrostacija ar jaudu 5 MW.
Tomēr termiskie urāna reaktori var atrisināt elektroapgādes problēmu ierobežotā mērogā, ko nosaka urāna daudzums.
Daudzsološākais kodolenerģijas attīstības veids ir ātro neitronu reaktoru, tā saukto selekcionāru reaktoru, izstrāde. Šāds reaktors saražo vairāk kodoldegvielas nekā patērē. Reakcija notiek uz ātrajiem neitroniem, tāpēc tajā var piedalīties ne tikai, bet arī pārvēršas. Pēdējo var ķīmiski atdalīt no. Šo procesu sauc par kodoldegvielas reprodukciju. Īpašos selekcijas reaktoros kodoldegvielas pavairošanas koeficients pārsniedz vienu. Selekcionāru kodols ir izotopiski bagātināta urāna sakausējums ar smago metālu, kas absorbē maz neitronu. Selekcijas reaktoriem nav moderatora. Šādu reaktoru vadība, pārvietojot reflektoru vai mainot skaldāmā materiāla masu.