Kontrolēta ķēdes reakcija. kodolreaktori

Relativitātes teorija saka, ka masa ir īpašs enerģijas veids. No tā izriet, ka ir iespējams masu pārvērst enerģijā un enerģiju masā. Intraatomiskā līmenī šādas reakcijas notiek. Jo īpaši noteikts masas daudzums pati par sevi var pārvērsties enerģijā. Tas notiek vairākos veidos. Pirmkārt, kodols var sadalīties vairākos mazākos kodolos, šo reakciju sauc par "sabrukšanu". Otrkārt, mazākus kodolus var viegli apvienot, lai izveidotu lielāku - tā ir saplūšanas reakcija. Visumā šādas reakcijas ir ļoti izplatītas. Pietiek pateikt, ka kodolsintēzes reakcija ir zvaigžņu enerģijas avots. Bet sabrukšanas reakciju cilvēce izmanto, jo cilvēki ir iemācījušies kontrolēt šos sarežģītos procesus. Bet kas ir ķēde kodolreakcija? Kā to pārvaldīt?

Kas notiek atoma kodolā

Kodolķēdes reakcija - process, kas notiek sadursmes laikā elementārdaļiņas vai kodoli ar citiem kodoliem. Kāpēc "ķēde"? Šis ir secīgu atsevišķu kodolreakciju kopums. Šī procesa rezultātā notiek sākotnējā kodola kvantu stāvokļa un nukleonu sastāva izmaiņas, parādās pat jaunas daļiņas - reakcijas produkti. Kodolķēdes reakcija, kuras fizika ļauj pētīt kodolu mijiedarbības mehānismus ar kodoliem un daļiņām, ir galvenā metode jaunu elementu un izotopu iegūšanai. Lai saprastu ķēdes reakcijas gaitu, vispirms jātiek galā ar atsevišķiem.

Kas ir nepieciešams reakcijai

Lai veiktu tādu procesu kā kodola ķēdes reakciju, ir nepieciešams tuvināt daļiņas (kodols un nukleons, divi kodoli) spēcīgās mijiedarbības rādiusa attālumā (apmēram viens fermi). Ja attālumi ir lieli, tad uzlādēto daļiņu mijiedarbība būs tīri Kulona. Kodolreakcijā tiek ievēroti visi likumi: enerģijas saglabāšana, impulss, impulss, bariona lādiņš. Kodolķēdes reakciju apzīmē ar simbolu kopu a, b, c, d. Simbols a apzīmē sākotnējo kodolu, b apzīmē ienākošo daļiņu, c jauno izejošo daļiņu un d apzīmē iegūto kodolu.

Reakcijas enerģija

Kodola ķēdes reakcija var notikt gan ar enerģijas absorbciju, gan izdalīšanos, kas ir vienāda ar daļiņu masu starpību pēc reakcijas un pirms tās. Absorbētā enerģija nosaka minimālo sadursmes kinētisko enerģiju, tā saukto kodolreakcijas slieksni, pie kuras tā var brīvi noritēt. Šis slieksnis ir atkarīgs no mijiedarbībā iesaistītajām daļiņām un to īpašībām. Sākotnējā posmā visas daļiņas atrodas iepriekš noteiktā kvantu stāvoklī.

Reakcijas īstenošana

Galvenais lādēto daļiņu avots, kas bombardē kodolu, ir tas, kas rada protonu, smago jonu un vieglo kodolu starus. Lēni neitroni tiek iegūti, izmantojot kodolreaktorus. Lai novērstu incidentu, var izmantot uzlādētas daļiņas dažādi veidi kodolreakcijas – gan saplūšana, gan sabrukšana. To iespējamība ir atkarīga no sadursmē esošo daļiņu parametriem. Šī iespējamība ir saistīta ar tādu raksturlielumu kā reakcijas šķērsgriezums - efektīvā laukuma vērtība, kas raksturo kodolu kā krītošu daļiņu mērķi un kas mēra varbūtību, ka daļiņa un kodols nonāks mijiedarbībā. Ja reakcijā piedalās daļiņas ar griešanos, kas nav nulle, tad šķērsgriezums ir tieši atkarīgs no to orientācijas. Tā kā krītošo daļiņu spini nav pilnībā nejauši orientēti, bet vairāk vai mazāk sakārtoti, visi asinsķermenīši būs polarizēti. Orientētu staru spinu kvantitatīvo raksturlielumu raksturo polarizācijas vektors.

reakcijas mehānisms

Kas ir kodola ķēdes reakcija? Kā jau minēts, šī ir vienkāršāku reakciju secība. Krītošās daļiņas īpašības un tās mijiedarbība ar kodolu ir atkarīgas no masas, lādiņa un kinētiskās enerģijas. Mijiedarbību nosaka sadursmes laikā ierosināto kodolu brīvības pakāpe. Kontroles iegūšana pār visiem šiem mehānismiem ļauj veikt tādu procesu kā kontrolēta kodolķēdes reakcija.

Tiešas reakcijas

Ja uzlādēta daļiņa, kas trāpa mērķa kodolam, tai tikai pieskaras, tad sadursmes ilgums būs vienāds ar attālumu, kas nepieciešams kodola rādiusa pārvarēšanai. Šādu kodolreakciju sauc par tiešu reakciju. Vispārējs raksturojums visām šāda veida reakcijām ir neliela skaita brīvības pakāpju ierosināšana. Šādā procesā pēc pirmās sadursmes daļiņai joprojām ir pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu kodola pievilcību. Piemēram, tādas mijiedarbības kā neelastīga neitronu izkliede, lādiņu apmaiņa un atsauce uz tiešo. Šādu procesu ieguldījums raksturojumā, ko sauc par "kopējo šķērsgriezumu", ir diezgan niecīgs. Taču tiešās kodolreakcijas pārejas produktu sadalījums ļauj noteikt emisijas varbūtību no stara virziena leņķa, apdzīvoto stāvokļu selektivitāti un noteikt to struktūru.

Pirmslīdzsvara emisija

Ja daļiņa pēc pirmās sadursmes neatstāj kodola mijiedarbības reģionu, tad tā tiks iesaistīta veselā secīgu sadursmju kaskādē. Tas patiesībā ir tikai tas, ko sauc par kodolķēdes reakciju. Šīs situācijas rezultātā daļiņas kinētiskā enerģija tiek sadalīta starp kodola sastāvdaļām. Paša kodola stāvoklis pakāpeniski kļūs daudz sarežģītāks. Šī procesa laikā noteikts nukleons vai vesela kopa (nukleonu grupa) var koncentrēt enerģiju, kas ir pietiekama šī nukleona emisijai no kodola. Tālāka relaksācija novedīs pie statistiskā līdzsvara veidošanās un saliktā kodola veidošanās.

ķēdes reakcijas

Kas ir kodola ķēdes reakcija? Šī ir viņas secība sastāvdaļas. Tas ir, vairākas secīgas atsevišķas kodolreakcijas, ko izraisa uzlādētas daļiņas, iepriekšējos posmos parādās kā reakcijas produkti. Kas ir kodola ķēdes reakcija? Piemēram, smago kodolu dalīšanās, kad vairākus dalīšanās notikumus ierosina neitroni, kas iegūti iepriekšējo sabrukšanas laikā.

Kodolķēdes reakcijas iezīmes

Starp visiem ķīmiskās reakcijas plaši izplatīts saņēma precīzi ķēdi. Daļiņas ar neizmantotām saitēm spēlē brīvo atomu vai radikāļu lomu. Tādā procesā kā kodola ķēdes reakcija tās rašanās mehānismu nodrošina neitroni, kuriem nav Kulona barjeras un uzbudina kodolu pēc absorbcijas. Ja barotnē parādās vajadzīgā daļiņa, tad tas izraisa sekojošu transformāciju ķēdi, kas turpināsies līdz ķēdes pārrāvumam nesējdaļiņas zuduma dēļ.

Kāpēc pārvadātājs ir pazudis

Nepārtrauktas reakciju ķēdes nesējdaļiņas zudumam ir tikai divi iemesli. Pirmais sastāv no daļiņas absorbcijas bez sekundārās emisijas procesa. Otrais ir daļiņas aiziešana ārpus tās vielas tilpuma robežas, kas atbalsta ķēdes procesu.

Divu veidu process

Ja katrā ķēdes reakcijas periodā dzimst tikai viena nesējdaļiņa, tad šo procesu var saukt par nesazarotu. Tas nevar novest pie enerģijas atbrīvošanas lielā mērogā. Ja ir daudz nesējdaļiņu, tad to sauc par sazarotu reakciju. Kas ir kodola ķēdes reakcija ar atzarojumu? Viena no iepriekšējā cēlienā iegūtajām sekundārajām daļiņām turpinās agrāk iesākto ķēdi, bet pārējās radīs jaunas reakcijas, kas arī sazarosies. Šis process konkurēs ar procesiem, kas noved pie pārtraukuma. Rezultātā radusies situācija izraisīs īpašas kritiskas un ierobežojošas parādības. Piemēram, ja ir vairāk pārtraukumu nekā tīri jaunas ķēdes, tad reakcijas pašpietiekamība būs neiespējama. Pat ja tas tiek mākslīgi ierosināts, ievadot nepieciešamo daļiņu skaitu dotajā vidē, process ar laiku tomēr samazināsies (parasti diezgan ātri). Ja jaunu ķēžu skaits pārsniedz pārtraukumu skaitu, tad visā vielā sāks izplatīties kodolķēdes reakcija.

Kritiskā situācija

Kritiskais stāvoklis atdala vielas stāvokļa reģionu ar attīstītu pašpietiekamu ķēdes reakciju, un reģionu, kurā šī reakcija vispār nav iespējama. Šo parametru raksturo vienlīdzība starp jauno ķēžu skaitu un iespējamo pārtraukumu skaitu. Tāpat kā brīvas nesējdaļiņas klātbūtne, kritiskais stāvoklis ir galvenā pozīcija tādā sarakstā kā "nosacījumi kodolenerģijas ķēdes reakcijas īstenošanai". Šī stāvokļa sasniegšanu var noteikt vairāki iespējamie faktori. Smago elementu ierosina tikai viens neitrons. Tāda procesa kā kodola skaldīšanas ķēdes reakcijas rezultātā rodas vairāk neitronu. Tāpēc šis process var izraisīt sazarotu reakciju, kurā neitroni darbosies kā nesēji. Gadījumā, ja neitronu uztveršanas ātrums bez skaldīšanas vai izplūdes (zaudēšanas ātrums) tiek kompensēts ar nesējdaļiņu pavairošanas ātrumu, ķēdes reakcija noritēs stacionārā režīmā. Šī vienlīdzība raksturo reizināšanas koeficientu. Iepriekš minētajā gadījumā viņš vienāds ar vienu. Pateicoties ievadam starp enerģijas izdalīšanās ātrumu un reizināšanas koeficientu, ir iespējams kontrolēt kodolreakcijas gaitu. Ja šis koeficients ir lielāks par vienu, reakcija attīstīsies eksponenciāli. Kodolieročos tiek izmantotas nekontrolētas ķēdes reakcijas.

Kodolķēdes reakcija enerģētikā

Nosaka reaktora reaktivitāti liels daudzums procesi, kas notiek tās aktīvajā zonā. Visas šīs ietekmes nosaka tā sauktais reaktivitātes koeficients. Grafīta stieņu, dzesēšanas šķidrumu vai urāna temperatūras izmaiņu ietekmi uz reaktora reaktivitāti un tāda procesa kā kodolķēdes reakcijas intensitāti raksturo temperatūras koeficients (dzesēšanas šķidrumam, urānam, grafītam). Ir arī atkarīgi raksturlielumi jaudai, barometriskajiem indikatoriem, tvaika indikatoriem. Lai uzturētu kodolreakciju reaktorā, daži elementi ir jāpārvērš citos. Lai to izdarītu, ir jāņem vērā kodola ķēdes reakcijas plūsmas nosacījumi - vielas klātbūtne, kas sabrukšanas laikā spēj sadalīties un atbrīvot no sevis noteiktu skaitu elementārdaļiņu, kuras rezultātā. , izraisīs atlikušo kodolu sadalīšanos. Kā šādas vielas bieži izmanto urānu-238, urānu-235, plutoniju-239. Kodolķēdes reakcijas laikā šo elementu izotopi sadalīsies un veidos divus vai vairākus citus. ķīmiskās vielas. Šajā procesā tiek izstaroti tā sauktie "gamma" stari, notiek intensīva enerģijas izdalīšanās, veidojas divi vai trīs neitroni, kas spēj turpināt reakcijas. Ir lēnie neitroni un ātrie, jo, lai atoma kodols sadalītos, šīm daļiņām ir jālido ar noteiktu ātrumu.

Kurās veidojas daļiņas, kas tos izraisa, un kā šo reakciju produkti. Šāda reakcija ir urāna un dažu trans-urāna elementu (piemēram, 23 9 Pu) neitronu iedarbībā. Pirmo reizi to veica E. Fermi 1942. Pēc atklājuma kodola skaldīšana W. Zinn, L. Szilard un G. N. Flerov parādīja, ka urāna kodola skaldīšanas laikā U izstaro vairāk nekā vienu neitronu: n + U → A+B+ v. Šeit BET un AT- skaldīšanas fragmenti ar masas skaitli A no 90 līdz 150, v ir sekundāro neitronu skaits.

Neitronu reizināšanas koeficients. Lai ķēdes reakcija noritētu, ir nepieciešams, lai vidējais atbrīvoto neitronu skaits noteiktā urāna masā ar laiku nesamazinātos vai kaut kas tāds. neitronu reizināšanas koeficients k bija lielāka vai vienāda ar vienu.

Neitronu reizināšanas koeficients ir jebkuras paaudzes neitronu skaita attiecība pret iepriekšējās paaudzes neitronu skaitu. Ar paaudžu maiņu saprot kodola skaldīšanu, kurā tiek absorbēti vecās paaudzes neitroni un dzimst jauni neitroni.

Ja k ≥ 1, tad neitronu skaits ar laiku palielinās vai paliek nemainīgs, un ķēdes reakcija turpinās. Plkst k > 1 neitronu skaits samazinās, un ķēdes reakcija nav iespējama.

Vairāku iemeslu dēļ no visiem dabā sastopamajiem kodoliem tikai izotopu kodoli ir piemēroti kodolķēdes reakcijas īstenošanai. Reizināšanas koeficientu nosaka: 1) lēno neitronu uztveršana ar kodoliem, kam seko skaldīšanās un ātro neitronu uztveršana ar kodoliem un , kam seko arī skaldīšanās; 2) neitronu uztveršana bez skaldīšanas ar urāna kodoliem; 3) neitronu uztveršana ar skaldīšanas produktiem, moderatoru un objekta konstrukcijas elementiem; 4) neitronu izplūšana no skaldāmā materiāla uz āru.

Tikai pirmo procesu pavada neitronu skaita pieaugums. Stacionārai reakcijas plūsmai k jābūt vienādam ar 1. Jau plkst k = 1,01 gandrīz nekavējoties notiek sprādziens.

plutonija veidošanās. Neitronu uztveršanas rezultātā ar urāna izotopu veidojas radioaktīvs izotops ar pussabrukšanas periodu 23 minūtes. Sabrukšanas rezultātā rodas pirmais transura-jaunais elements neptūnijs:

β-radioaktīvais neptūnijs (ar pussabrukšanas periodu apmēram divas dienas), izstaro elektronu, pārvēršas par nākamo transurāna elementu - plutonijs:

Plutonija pussabrukšanas periods ir 24 000 gadu, un tā svarīgākā īpašība ir spēja skalties lēnu neitronu ietekmē tāpat kā izotopam.Izmantojot plutoniju, var veikt ķēdes reakciju, atbrīvojoties milzīgam enerģijas daudzums.

Ķēdes reakciju pavada milzīgas enerģijas izdalīšanās; Katra kodola dalīšanās laikā izdalās 200 MeV. Sadalot 1 urāna kodolu, izdalās tāda pati enerģija kā sadedzinot 3 ogles vai 2,5 tonnas naftas.

Kodolķēdes reakcija

Ķēdes kodolreakcija- atsevišķu kodolreakciju secība, no kurām katru izraisa daļiņa, kas parādījās kā reakcijas produkts secības iepriekšējā posmā. Kodola ķēdes reakcijas piemērs ir smago elementu kodola skaldīšanas ķēdes reakcija, kurā galveno skaldīšanas notikumu skaitu ierosina neitroni, kas iegūti no iepriekšējās paaudzes kodola skaldīšanas.

Jaudas atbrīvošanas mehānisms

Vielas transformāciju pavada brīvās enerģijas izdalīšanās tikai tad, ja vielai ir enerģiju rezerves. 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 enerģijas 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. Tas ir sasniedzams tikai tad, kad vides temperatūra paaugstinās līdz vērtībai, pie kuras siltuma 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 Sadursmes kodolu kulona barjeras. 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 daļiņu pievilcības spēkiem. 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 kodolpārvērtībās var nodrošināt neitroni, kuriem nav Kulona barjeras un kuri pēc absorbcijas ierosina kodolus. Nepieciešamās daļiņas parādīšanās barotnē izraisa reakciju ķēdi, kas seko viena pēc otras, kas turpinās līdz ķēde tiek pārtraukta reakcijas nesējdaļiņas zuduma dēļ. Ir divi galvenie zudumu iemesli: daļiņas uzsūkšanās, 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 to mākslīgi uzbudina, 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 ar pašpietiekamas ķēdes reakcijas attīstību 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 skaldīšana tiek ierosināta ar vienu neitronu, un skaldīšanas notikuma rezultātā parādās vairāk nekā viens neitrons (piemēram, uz 235 U vienā skaldīšanas notikumā saražoto neitronu skaits ir vidēji 2,5). 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 tieši vienāds ar vienību, tad ķēdes reakcija norisinās stacionāri. režīmā. Negatīvo atgriezenisko saišu ieviešana starp efektīvo reizināšanas koeficientu un enerģijas izdalīšanās ātrumu ļauj īstenot kontrolētu ķēdes reakciju, ko izmanto, piemēram, atomenerģētikā. Ja reizināšanas koeficients ir lielāks par vienu, ķēdes reakcija attīstās eksponenciāli; kodolieročos tiek izmantota nekontrolēta skaldīšanas ķēdes reakcija.

Skatīt arī

Ķēdes ķīmiskā reakcija

Literatūra

Klimovs A.N. Kodolfizika un kodolreaktori.- M. Atomizdat, .
Levins V.E. Kodolfizika un kodolreaktori/ 4. izd. - M.: Atomizdat, .
Petuņins V.P. Kodoliekārtu siltumenerģija.- M.: Atomizdat, .

Wikimedia fonds. 2010 .

Skatiet, kas ir "kodolķēdes reakcija" citās vārdnīcās:

Ķēdes kodolreakcija - kodolreakciju secība, ko ierosina daļiņas (piemēram, neitroni), kas rodas katrā reakcijas aktā. Atkarībā no vidējā reakciju skaita pēc vienas iepriekšējās mazāk, vienāds vai ... ... Kodolenerģijas termini

kodola ķēdes reakcija- Kodolreakciju secība, ko ierosina daļiņas (piemēram, neitroni), kas rodas katrā reakcijas darbībā. Atkarībā no vidējā reakciju skaita pēc vienas iepriekšējās reakcijas, kas ir mazāks, vienāds vai lielāks par vienu, reakcija ... ...

kodola ķēdes reakcija- grandininė branduolinė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. kodola ķēdes reakcija vok. Kettenkernreaktion, f rus. kodola ķēdes reakcija, f pranc. réaction en chaîne nucléaire, f; réaction nucléaire en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas

skaldīšanas reakcija atomu kodoli smagie elementi neitronu iedarbībā, kuru katrā aktā neitronu skaits palielinās, tā ka var notikt pašpietiekams skaldīšanas process. Piemēram, viena urāna izotopa 235U kodola skaldīšanas laikā, iedarbojoties ... Lielā enciklopēdiskā politehniskā vārdnīca

Kodolķēdes reakcija- atomu kodolu dalīšanās reakcija neitronu iedarbībā, kuras katrā aktā izdalās vismaz viens neitrons, kas nodrošina reakcijas uzturēšanu. To izmanto kā enerģijas avotu kodollādiņos (sprādzienbīstamā C. Ya. R.) un kodolreaktoros ... ... Militāro terminu vārdnīca

neitronu skaldīšanas ķēdes reakcija- - [A.S. Goldbergs. Angļu krievu enerģētikas vārdnīca. 2006] Tēmas enerģija kopumā LV atšķirīgā reakcija … Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

Pašpietiekama kodola ķēdes reakcija- 7. Pašpietiekama kodola ķēdes reakcija SCR Kodolķēdes reakcija, ko raksturo efektīvais reizināšanas koeficients, kas ir lielāks vai vienāds ar vienu

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, kas, savukārt, reaģē ar citu molekulu – a. 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 otru, 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) Smago elementu atomu kodolu dalīšanās pašpietiekama reakcija 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- grandininė reakcija statusas T joma ķīmiska apibrėžis Ķīmiskā ar kodolreakcija, 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, nekontrolējamo procesu, iesaistot kādu, kaut ko. kādā l. BMS 1998, 489; BTS, 1462... Lielā 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 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: - Bestsellers The New York Times, Amazon - No pasaules bestselleru "Perfekta ķīmija" un "Pievilkšanās likums" autora - Tiem, kas tic, ka mīlestība maina visu." Lieliski…

Apsveriet dalīšanās ķēdes reakcijas mehānismu. Smago kodolu skaldīšanas laikā neitronu iedarbībā rodas jauni neitroni. Piemēram, ar katru urāna 92 U 235 kodola skaldīšanu vidēji rodas 2,4 neitroni. Daži no šiem neitroniem atkal var izraisīt kodola skaldīšanu. Tādu lavīnas procesu sauc ķēdes reakcija .
Skaldīšanās ķēdes reakcija notiek vidē, kurā notiek neitronu pavairošanas process. Tādu vidi sauc kodols . svarīgākā fiziskais daudzums, kas raksturo neitronu reizināšanas intensitāti, ir neitronu reizināšanas koeficients vidē k∞. Reizināšanas koeficients ir vienāds ar neitronu skaita attiecību vienā paaudzē un to skaitu iepriekšējā paaudzē. Indekss ∞ norāda, ka mēs runājam par ideālu bezgalīgu dimensiju vidi. Līdzīgi kā vērtībai k ∞, mēs definējam neitronu reizināšanas koeficients fiziskajā sistēmā k. Koeficients k ir noteiktas iekārtas raksturlielums.
Ierobežota izmēra skaldāmajā vidē daļa neitronu izkļūs no aktīvās zonas uz āru. Tāpēc koeficients k ir atkarīgs arī no iespējamības P neitronam neiziet no kodola. A-prior

k = k ∞ P.

(1)

P vērtība ir atkarīga no kodola sastāva, tā lieluma, formas, kā arī no tā, cik lielā mērā kodolu apņemošā viela atspoguļo neitronus.
Neitronu izkļūšanas iespēja no kodola ir saistīta ar svarīgi jēdzieni kritiskā masa un kritiskie izmēri. kritiskais izmērs ir aktīvās zonas izmērs, kurā k = 1. kritiskā masa sauc par kritisko izmēru aktīvās zonas masu. Acīmredzot, kad masa ir zem kritiskās, ķēdes reakcija nenotiek, pat ja > 1. Gluži pretēji, manāms masas pārsniegums pār kritisko noved pie nekontrolētas reakcijas - sprādziena.
Ja pirmajā paaudzē ir N neitroni, tad n-tajā paaudzē būs Nk n. Tāpēc, ja k = 1, ķēdes reakcija norit stacionāri, ja k< 1 реакция гаснет, а при k >1 reakcijas intensitāte palielinās. Ja k = 1, tiek izsaukts reakcijas režīms kritisks , ja k > 1 – superkritisks un par k< 1 – subkritisks .
Vienas neitronu paaudzes kalpošanas laiks ir ļoti atkarīgs no vides īpašībām un ir 10–4 līdz 10–8 s. Šī laika mazuma dēļ, lai īstenotu kontrolētu ķēdes reakciju, ir nepieciešams ar lielu precizitāti uzturēt vienādību k = 1, jo, teiksim, pie k = 1,01 sistēma gandrīz acumirklī eksplodēs. Apskatīsim, kādi faktori nosaka koeficientus k ∞ un k.
Pirmais lielums, kas nosaka k ∞ (vai k), ir vidējais neitronu skaits, kas emitēti vienā skaldīšanas notikumā. Skaits ir atkarīgs no degvielas veida un krītošā neitrona enerģijas. Tabulā. 1. tabulā parādītas kodolenerģijas galveno izotopu vērtības gan termiskajiem, gan ātrajiem (E = 1 MeV) neitroniem.

235U izotopa skaldīšanas neitronu enerģijas spektrs ir parādīts attēlā. 1. Šāda veida spektri ir līdzīgi visiem skaldāmajiem izotopiem: ir spēcīga enerģijas izkliede, un lielākās daļas neitronu enerģija ir 1–3 MeV. Neitroni, kas rodas skaldīšanas laikā, tiek palēnināti, izkliedējas noteiktā attālumā un tiek absorbēti ar vai bez skaldīšanas. Atkarībā no vides īpašībām neitroniem pirms absorbcijas ir laiks palēnināties līdz dažādām enerģijām. Laba moderatora klātbūtnē lielākajai daļai neitronu ir laiks palēnināt līdz siltumenerģijai aptuveni 0,025 eV. Šajā gadījumā tiek saukta ķēdes reakcija lēns, vai, kas ir tas pats, termiski. Ja nav īpaša moderatora, neitroniem ir laiks palēnināties tikai līdz 0,1–0,4 MeV enerģijām, jo visi skaldāmie izotopi ir smagi un tāpēc slikti palēnina. Tiek sauktas atbilstošās ķēdes reakcijas ātri(Mēs uzsveram, ka epiteti “ātrs” un “lēns” raksturo neitronu ātrumu, nevis reakcijas ātrumu). Tiek sauktas ķēdes reakcijas, kurās neitroni tiek palēnināti līdz enerģijām no desmitiem līdz vienam keV starpposma .
Kad neitrons saduras ar smago kodolu, radiācijas neitronu uztveršana (n,γ) vienmēr ir iespējama. Šis process konkurēs ar skaldīšanu un tādējādi samazinās reizināšanas koeficientu. Tas nozīmē, ka otrais fiziskais lielums, kas ietekmē koeficientus k ∞ , k ir skaldīšanas varbūtība, kad neitronu uztver skaldāmā izotopa kodols. Šī monoenerģētisko neitronu varbūtība acīmredzami ir vienāda ar

(2)

kur nf , nγ ir attiecīgi skaldīšanas un radiācijas uztveršanas šķērsgriezumi. Lai vienlaikus ņemtu vērā gan neitronu skaitu vienā skaldīšanas notikumā, gan radiācijas uztveršanas varbūtību, tiek ieviests koeficients η, kas ir vienāds ar vidējo sekundāro neitronu skaitu uz vienu neitronu satveršanu ar skaldāmo kodolu.

(3)

η vērtība ir atkarīga no degvielas veida un neitronu enerģijas. η vērtības svarīgākajiem izotopiem termiskajiem un ātrajiem neitroniem ir norādītas tajā pašā tabulā. 1. η vērtība ir vissvarīgākā degvielas kodolu īpašība. Ķēdes reakcija var notikt tikai tad, ja η > 1. Jo lielāka ir η vērtība, jo augstāka ir degvielas kvalitāte.

1. tabula. ν , η vērtības skaldāmajiem izotopiem

Kodols		92 U 233	92 U 235	94 Pu 239
Termiskie neitroni (E = 0,025 eV)	ν	2.52	2.47	2.91
Termiskie neitroni (E = 0,025 eV)	η	2.28	2.07	2.09
ātri neitroni (E = 1 MeV)	ν	2.7	2.65	3.0
ātri neitroni (E = 1 MeV)	η	2.45	2.3	2.7

Kodoldegvielas kvalitāti nosaka tās pieejamība un koeficients η. Dabā ir tikai trīs izotopi, kas var kalpot kā kodoldegviela vai izejvielas tās ražošanai. Tie ir torija izotopi 232 Th un urāna izotopi 238 U un 235 U. No tiem pirmie divi nedod ķēdes reakciju, bet tos var pārstrādāt izotopos, uz kuriem notiek reakcija. Pats izotops 235 U rada ķēdes reakciju. AT zemes garoza torija ir vairākas reizes vairāk nekā urānā. Dabiskais torijs praktiski sastāv tikai no viena izotopa, 232 Th. Dabiskais urāns galvenokārt sastāv no 238 U izotopa un tikai 0,7% no 235 U izotopa.
Praksē ārkārtīgi svarīgs ir jautājums par ķēdes reakcijas iespējamību dabīgā urāna izotopu maisījumā, kurā ir 140 238 U kodoli uz 235 U kodolu. Parādīsim, ka dabiskam maisījumam ir iespējama lēna reakcija. , bet ātrs nav. Lai ņemtu vērā ķēdes reakciju dabiskā maisījumā, ir ērti ieviest jaunu daudzumu, vidējo neitronu absorbcijas šķērsgriezumu uz vienu 235 U izotopa kodolu.

Termiskajiem neitroniem = 2,47, = 580 šķūnis, = 112 šķūnis, = 2,8 šķūnis (ņemiet vērā pēdējās sadaļas mazumu). Aizstājot šos skaitļus ar (5), mēs iegūstam to lēnajiem neitroniem dabiskā maisījumā

Tas nozīmē, ka 100 termiski neitroni, kas absorbēti dabiskajā maisījumā, radīs 132 jaunus neitronus. No tā tieši izriet, ka ķēdes reakcija ar lēniem neitroniem principā ir iespējama ar dabisko urānu. Principā tāpēc, ka ķēdes reakcijas reālai īstenošanai ir jāspēj palēnināt neitronus ar maziem zudumiem.
Ātrajiem neitroniem ν = 2,65, 2 šķūnis, 0,1 šķūnis. Ja skaldīšanu ņem vērā tikai uz 235 U izotopu, mēs iegūstam

235 (ātrs) 0,3.

(7)

Taču jāņem vērā arī tas, ka ātrie neitroni ar enerģiju virs 1 MeV var arī ar ievērojamu relatīvo intensitāti skaldīt 238 U izotopa kodolus, kas dabīgā maisījumā ir ļoti daudz. Dalīšanai ar 238 U koeficients ir aptuveni 2,5. Sadalīšanās spektrā aptuveni 60% neitronu enerģija pārsniedz 1,4 MeV skaldīšanas efektīvo slieksni par 238 U. Taču no šiem 60% tikai vienam no 5 neitroniem ir laiks sadalīties, nepalēninot enerģiju, kas ir zemāka par noteikto slieksni. uz elastīgo un īpaši neelastīgo izkliedi. Tādējādi koeficientam 238 (ātrs) mēs iegūstam tāmi

Tādējādi ķēdes reakcija dabiskā maisījumā (235 U + 238 U) nevar noritēt ar ātriem neitroniem. Eksperimentāli ir noskaidrots, ka tīram metāliskam urānam reizināšanas koeficients sasniedz vienību pie bagātinājuma 5,56%. Praksē izrādās, ka reakciju uz ātrajiem neitroniem var uzturēt tikai bagātinātā maisījumā, kas satur vismaz 15% no 235 U izotopa.
Dabisku urāna izotopu maisījumu var bagātināt ar izotopu 235 U. Bagātināšana ir sarežģīts un dārgs process, jo Ķīmiskās īpašības abi izotopi ir gandrīz vienādi. Mums ir jāizmanto nelielas atšķirības ķīmisko reakciju ātrumos, difūzijā utt., kas rodas no izotopu masu atšķirībām. Ķēdes reakcija uz 235 U gandrīz vienmēr tiek veikta vidē ar augstu 238 U saturu. Bieži tiek izmantots dabisks izotopu maisījums, kuram η = 1,32 termiskā neitronu reģionā, jo noder arī 238 U. 238 U izotopu sadala neitroni, kuru enerģija pārsniedz 1 MeV. Šīs skaldīšanas rezultātā rodas neliels papildu neitronu reizinājums.
Salīdzināsim dalīšanās ķēdes reakcijas uz termiskiem un ātrajiem neitroniem.
Termiskajiem neitroniem uztveršanas šķērsgriezumi ir lieli un spēcīgi mainās, pārejot no viena kodola uz otru. Uz dažu elementu kodoliem (piemēram, uz kadmija) šie šķērsgriezumi simtiem un vairāk reižu pārsniedz šķērsgriezumus par 235 U. Tāpēc termiskā neitrona serdei tiek izvirzītas augstas tīrības prasības attiecībā pret dažiem piemaisījumiem. instalācijas.
Ātrajiem neitroniem visi uztveršanas šķērsgriezumi ir mazi un tik ļoti neatšķiras viens no otra, lai nerastos materiālu augstas tīrības problēma. Vēl viena ātro reakciju priekšrocība ir lielāks reprodukcijas ātrums.
Būtiska termisko reakciju atšķirīgā iezīme ir tāda, ka aktīvajā zonā degviela ir daudz atšķaidītāka, t.i., uz vienu degvielas kodolu ir ievērojami vairāk kodolu, kas nepiedalās skaldīšanā, nekā ātrā reakcijā. Piemēram, termiskajā reakcijā uz dabīgā urāna uz vienu 235 U degvielas kodolu ir 140 neapstrādāta 238 U kodoli, un ātras reakcijas gadījumā uz 235 U kodola var nokrist ne vairāk kā pieci vai seši 238 U kodoli. un tāda pati enerģija termiskajā reakcijā izdalās daudz lielākā vielas tilpumā nekā ātrā. Tādējādi ir vieglāk noņemt siltumu no termiskās reakcijas aktīvās zonas, kas ļauj šo reakciju veikt ar lielāku intensitāti nekā ātri.
Vienas neitronu paaudzes kalpošanas laiks ātrai reakcijai ir par vairākām kārtām īsāks nekā termiskai. Tāpēc ātras reakcijas ātrums var ievērojami mainīties pēc ļoti īsu laiku pēc fizisko apstākļu maiņas kodolā. Normālas reaktora darbības laikā šis efekts ir nenozīmīgs, jo šajā gadījumā darbības režīmu nosaka aizkavēto, nevis tūlītējo neitronu kalpošanas laiks.
Homogēnā vidē, kas sastāv tikai no viena veida skaldāmajiem izotopiem, reizināšanas koeficients būtu vienāds ar η. Taču reālās situācijās bez skaldāmajiem kodoliem vienmēr ir arī citi, neskaldošie. Šie svešie kodoli uztvers neitronus un tādējādi ietekmēs reizināšanas koeficientu. No tā izriet, ka trešais lielums, kas nosaka koeficientus k ∞ , k ir varbūtība, ka neitronu neuztvers kāds no neskaldošajiem kodoliem. Reālās instalācijās “svešā” uztveršana notiek uz moderatora serdeņiem, uz dažādu konstrukcijas elementu serdeņiem, kā arī uz skaldīšanas produktu un uztveršanas produktu serdeņiem.
Lai veiktu ķēdes reakciju uz lēniem neitroniem, kodolā tiek ievadītas īpašas vielas - moderatori, kas pārvērš skaldīšanas neitronus termiskajos. Praksē lēno neitronu ķēdes reakciju veic dabiskajam vai nedaudz bagātinātam urāna izotopam ar 235 U. Liela daudzuma 238U izotopa klātbūtne kodolā sarežģī palēninājuma procesu un liek izvirzīt augstas prasības moderatora kvalitātei. Vienas paaudzes neitronu kalpošanas laiku kodolā ar moderatoru var aptuveni iedalīt divos posmos: mērenība līdz siltumenerģijai un difūzija c. termiskie ātrumi pirms absorbcijas. Lai lielākajai neitronu daļai būtu laiks palēnināties bez absorbcijas, ir jāizpilda nosacījums

kur σ kontrole, σ uztveršana ir attiecīgi elastīgās izkliedes un uztveršanas enerģijas vidējie šķērsgriezumi, un n ir neitronu sadursmju skaits ar moderatora kodoliem, kas nepieciešams, lai sasniegtu siltumenerģiju. Skaitlis n strauji pieaug līdz ar moderatora masas skaitli. Urānam 238 U skaitlis n ir vairāki tūkstoši. Un attiecība σ kontrole / σ uztveršana šim izotopam pat salīdzinoši labvēlīgā ātro neitronu enerģijas apgabalā nepārsniedz 50. Īpaši “bīstams” attiecībā uz neitronu uztveršanu ir tā sauktais rezonanses apgabals no 1 keV līdz 1 eV. Šajā reģionā neitrona mijiedarbības ar 238 U kodoliem kopējais šķērsgriezums ir ar lielu intensīvu rezonanšu skaitu (2. att.). Pie zemām enerģijām starojuma platumi pārsniedz neitronu platumus. Tāpēc rezonanses reģionā attiecība σ kontrole / σ uztveršana kļūst pat mazāka par vienotību. Tas nozīmē, ka, neitronam nonākot vienas no rezonanses apgabalā, tas tiek absorbēts ar gandrīz 100% varbūtību. Un tā kā palēninājums tik smagam kodolam kā urāns notiek “maziem soļiem”, tad, izejot cauri rezonanses apgabalam, palēninošais neitrons noteikti “paklups” uz kādas no rezonansēm un tiks absorbēts. No tā izriet, ka uz dabīgā urāna bez svešiem piemaisījumiem nevar veikt ķēdes reakciju: uz ātrajiem neitroniem reakcija nenotiek koeficienta η mazuma dēļ un nevar veidoties lēnie neitroni.Lai izvairītos no rezonanses uztveršanas no neitrona, lai palēninātu, jāizmanto ļoti viegli kodoli, pie kuriem palēninājums notiek ar “lieliem soļiem”, kas krasi palielina neitrona veiksmīgas “izlēkšanas” iespējamību caur rezonanses enerģijas reģionu. Labākie regulējošie elementi ir ūdeņradis, deitērijs, berilijs un ogleklis. Tāpēc praksē izmantotie moderatori galvenokārt tiek reducēti uz smago ūdeni, beriliju, berilija oksīdu, grafītu, kā arī parasto ūdeni, kas neitronus bremzē ne sliktāk kā smagais ūdens, bet absorbē tos daudz lielākā daudzumā. Palēninātājam jābūt labi iztīrītam. Ņemiet vērā, ka, lai īstenotu lēnu reakciju, moderatoram jābūt desmitiem vai pat simtiem reižu lielākam par urānu, lai novērstu neitronu rezonanses sadursmes ar 238 U kodoliem.

Aktīvās vides regulējošās īpašības var aptuveni raksturot ar trim lielumiem: iespējamība, ka neitronam palēninājuma laikā netiks absorbēts moderators, iespējamība p izvairīties no rezonanses uztveršanas ar 238 U kodoliem un varbūtība f termiskajam neitronam. lai to absorbētu degvielas kodols, nevis moderators. Vērtību f parasti sauc par siltuma izmantošanas koeficientu. Precīzi aprēķināt šos daudzumus ir grūti. Parasti to aprēķināšanai tiek izmantotas aptuvenas pusempīriskas formulas.

P un f vērtības ir atkarīgas ne tikai no moderatora relatīvā daudzuma, bet arī no tā izvietojuma kodolā ģeometrijas. Aktīvo zonu, kas sastāv no viendabīga urāna un moderatora maisījuma, sauc par viendabīgu, un to mainīgo urāna un moderatora bloku sistēmu sauc par heterogēnu (4. att.). Kvalitatīvi neviendabīga sistēma izceļas ar to, ka tajā ātrajam neitronam, kas veidojas urānā, ir laiks izkļūt moderatorā, nesasniedzot rezonanses enerģijas. Turpmāka palēnināšana notiek tīrā moderatorā. Tas palielina varbūtību p izvairīties no rezonanses uztveršanas

p het > p hom.

No otras puses, gluži pretēji, kļūstot termiskam moderatorā, neitronam, lai piedalītos ķēdes reakcijā, ir jāizkliedējas, neabsorbējoties tīrajā moderatorā, līdz tās robežai. Tāpēc termiskās izmantošanas koeficients f neviendabīgā vidē ir zemāks nekā viendabīgā vidē:

f het< f гом.

Lai novērtētu termiskā reaktora reizināšanas koeficientu k ∞, aptuvenais četru faktoru formula

k ∞ = η pfε .

(11)

Pirmos trīs faktorus mēs jau esam apsvēruši iepriekš. Lielumu ε sauc Ātro neitronu reizināšanas koeficients . Šis koeficients ir ieviests, lai ņemtu vērā, ka daži ātrie neitroni var sadalīties bez laika palēnināties. Savā nozīmē koeficients ε vienmēr pārsniedz vienību. Bet šis pārpalikums parasti ir neliels. Vērtība ε = 1,03 ir raksturīga termiskām reakcijām. Ātrām reakcijām četru faktoru formula nav piemērojama, jo katrs koeficients ir atkarīgs no enerģijas un enerģijas izplatība ātrās reakcijās ir ļoti liela.
Tā kā η vērtību nosaka degvielas veids, un ε vērtība lēnām reakcijām gandrīz neatšķiras no vienības, konkrētas aktīvās vides kvalitāti nosaka produkts pf. Tādējādi neviendabīgas vides priekšrocības pār homogēnu kvantitatīvi izpaužas tajā, ka, piemēram, sistēmā, kurā uz dabiskā urāna kodolu ir 215 grafīta kodoli, reizinājums pf ir 0,823 heterogēnai barotnei un 0,595. viendabīgs. Un tā kā dabiskajam maisījumam η = 1,34, tad mēs iegūstam, ka heterogēnai videi k ∞ > 1, bet homogēnai videi k ∞< 1.
Lai praktiski īstenotu līdzsvara stāvokļa ķēdes reakciju, ir jāspēj kontrolēt šo reakciju. Šī vadība ir ievērojami vienkāršota aizkavētu neitronu izkļūšanas dēļ skaldīšanas laikā. Lielākā daļa neitronu izlido no kodola gandrīz acumirklī (t.i. laikā, kas ir par daudzām kārtām īsākā laikā nekā neitronu paaudzes kalpošanas laiks kodolā), bet dažas procenta desmitdaļas neitronu aizkavējas un izlido no kodola. fragmentu kodoli pēc diezgan ilga laika intervāla - no sekundes daļām līdz vairākām un pat desmitiem sekunžu. Kvalitatīvi aizkavēto neitronu ietekmi var izskaidrot šādi. Lai reizināšanas koeficients uzreiz palielinās no subkritiskās vērtības līdz tik superkritiskai, ka k< 1 при отсутствии запаздывающих нейтронов. Тогда, очевидно, цепная реакция начнется не сразу, а лишь после вылета запаздывающих нейтронов. Тем самым процесс течения реакции будет регулируемым, если время срабатывания регулирующих устройств будет меньше сравнительно большого времени задержки запаздывающих нейтронов, а не очень малого времени развития цепной реакции. Доля запаздывающих нейтронов в ядерных горючих колеблется от 0.2 до 0.7%. Среднее время жизни запаздывающих нейтронов составляет приблизительно 10 с. При небольшой степени надкритичности скорость нарастания интенсивности цепной реакции определяется только запаздывающими нейтронами.
Neitronu uztveršana ar kodoliem, kas nepiedalās ķēdes reakcijā, samazina reakcijas intensitāti, bet var būt noderīga saistībā ar jaunu skaldāmo izotopu veidošanos. Tātad, absorbējot urāna izotopu 238 U un torija 232 Th neitronus, veidojas plutonija 239 Pu un urāna 233 U izotopi (caur diviem secīgiem β-sabrukumiem), kas ir kodoldegviela:

(12)

(13)

Šīs divas reakcijas paver reālu iespēju kodoldegvielas pavairošana ķēdes reakcijas laikā. Ideālā gadījumā, t.i., ja nav nevajadzīgu neitronu zudumu, reprodukcijai var izmantot vidēji 1 neitronu katram neitrona absorbcijas aktam degvielas kodolā.

Kodolreaktori (atomu)

Reaktors ir ierīce, kurā tiek uzturēta kontrolēta skaldīšanas ķēdes reakcija. Reaktora darbības laikā sadalīšanās reakcijas eksotermiskuma dēļ izdalās siltums. Reaktora galvenā īpašība ir tā jauda - laika vienībā izdalītās siltumenerģijas daudzums. Reaktora jaudu mēra megavatos (10 6 W). Jauda 1 MW atbilst ķēdes reakcijai, kurā notiek 3·10 16 skaldīšanas notikumi sekundē. Ir liels skaits dažādi veidi reaktori. Viena no tipiskām termiskā reaktora shēmām ir parādīta attēlā. 5.
Reaktora galvenā daļa ir aktīvā zona, kurā notiek reakcija un tādējādi tiek atbrīvota enerģija. Termiskajos un starpposma neitronu reaktoros kodols sastāv no degvielas, kas parasti ir sajaukta ar neskaldošu izotopu (parasti 238 U), un moderatora. Ātro neitronu reaktoru kodolā nav moderatora.
Aktīvās zonas tilpums svārstās no litru desmitdaļām dažos ātro neitronu reaktoros līdz desmitiem kubikmetru lielos termoreaktoros. Lai samazinātu neitronu noplūdi, serdenim tiek piešķirta sfēriska vai gandrīz sfēriska forma (piemēram, cilindrs, kura augstums ir aptuveni vienāds ar diametru, vai kubs).
Atkarībā no kurināmā un moderatora relatīvās atrašanās vietas izšķir homogēnus un neviendabīgus reaktorus. Viendabīgas aktīvās zonas piemērs ir uranilsulfāta sāls un U 2 SO 4 šķīdums parastajā vai smagajā ūdenī. Heterogēni reaktori ir biežāk sastopami. Neviendabīgos reaktoros kodols sastāv no moderatora, kurā tiek ievietotas kasetes ar degvielu. Tā kā enerģija tiek atbrīvota tieši šajās kasetēs, tās sauc degvielas elementi vai saīsināti degvielas stieņi. Kodols ar atstarotāju bieži ir iekļauts tērauda korpusā.

Aizkavēto neitronu loma kodolreaktora kontrolē