Reagimi zinxhir i kontrolluar. reaktorët bërthamorë

Teoria e relativitetit thotë se masa është një formë e veçantë e energjisë. Nga kjo rrjedh se është e mundur të shndërrohet masa në energji dhe energjia në masë. Në nivelin intraatomik ndodhin reaksione të tilla. Në veçanti, një sasi e caktuar e masës vetë mund të kthehet në energji. Kjo ndodh në disa mënyra. Së pari, bërthama mund të kalbet në një numër bërthamash më të vogla, ky reagim quhet "prishje". Së dyti, bërthamat më të vogla mund të kombinohen lehtësisht për të bërë një më të madhe - ky është një reagim shkrirje. Në univers, reagime të tilla janë shumë të zakonshme. Mjafton të thuhet se reaksioni i shkrirjes është burimi i energjisë për yjet. Por reagimi i kalbjes përdoret nga njerëzimi sepse njerëzit kanë mësuar të kontrollojnë këto procese komplekse. Por çfarë është një zinxhir reaksion bërthamor? Si ta menaxhoni atë?

Çfarë ndodh në bërthamën e një atomi

Reaksioni zinxhir bërthamor - një proces që ndodh gjatë një përplasjeje grimcat elementare ose bërthama me bërthama të tjera. Pse "zinxhir"? Ky është një grup reaksionesh të njëpasnjëshme bërthamore. Si rezultat i këtij procesi, ka një ndryshim në gjendjen kuantike dhe përbërjen nukleonike të bërthamës origjinale, madje shfaqen grimca të reja - produkte reaksioni. Reaksioni zinxhir bërthamor, fizika e të cilit ju lejon të studioni mekanizmat e bashkëveprimit të bërthamave me bërthamat dhe grimcat, është metoda kryesore për marrjen e elementeve dhe izotopeve të rinj. Për të kuptuar rrjedhën e një reaksioni zinxhir, së pari duhet të merret me ato të vetme.

Çfarë nevojitet për reagimin

Për të kryer një proces të tillë si një reaksion zinxhir bërthamor, është e nevojshme të afrohen grimcat (një bërthamë dhe një nukleon, dy bërthama) në një distancë të rrezes së fortë të ndërveprimit (rreth një fermi). Nëse distancat janë të mëdha, atëherë bashkëveprimi i grimcave të ngarkuara do të jetë thjesht Kulomb. Në një reaksion bërthamor, respektohen të gjitha ligjet: ruajtja e energjisë, momenti, momenti, ngarkesa e barionit. Një reaksion zinxhir bërthamor shënohet me grupin e simboleve a, b, c, d. Simboli a tregon bërthamën origjinale, b grimcën hyrëse, c grimcën e re dalëse dhe d bërthamën që rezulton.

Energjia e reaksionit

Një reaksion zinxhir bërthamor mund të ndodhë si me thithjen ashtu edhe me lëshimin e energjisë, e cila është e barabartë me ndryshimin në masat e grimcave pas reaksionit dhe para tij. Energjia e absorbuar përcakton energjinë kinetike minimale të përplasjes, të ashtuquajturin prag të një reaksioni bërthamor, në të cilin mund të vazhdojë lirisht. Ky prag varet nga grimcat e përfshira në ndërveprim dhe nga karakteristikat e tyre. Në fazën fillestare, të gjitha grimcat janë në një gjendje kuantike të paracaktuar.

Zbatimi i reaksionit

Burimi kryesor i grimcave të ngarkuara që bombardojnë bërthamën është ai që jep rreze protonesh, jonesh të rënda dhe bërthama të lehta. Neutronet e ngadalta fitohen përmes përdorimit të reaktorëve bërthamorë. Për të rregulluar incidentin mund të përdoren grimca të ngarkuara tipe te ndryshme reaksionet bërthamore - si shkrirja ashtu edhe kalbja. Probabiliteti i tyre varet nga parametrat e grimcave që përplasen. Ky probabilitet shoqërohet me një karakteristikë të tillë si seksioni kryq i reagimit - vlera e zonës efektive, e cila karakterizon bërthamën si një objektiv për grimcat e incidentit dhe që është një masë e probabilitetit që grimca dhe bërthama të hyjnë në ndërveprim. Nëse grimcat me një rrotullim jozero marrin pjesë në reaksion, atëherë seksioni kryq varet drejtpërdrejt nga orientimi i tyre. Meqenëse rrotullimet e grimcave përplasëse nuk janë plotësisht të orientuara rastësisht, por pak a shumë të renditura, të gjitha korpuskulat do të polarizohen. Karakteristika sasiore e rrotullimeve të rrezeve të orientuara përshkruhet nga vektori i polarizimit.

mekanizmi i reagimit

Çfarë është një reaksion zinxhir bërthamor? Siç është përmendur tashmë, kjo është një sekuencë reagimesh më të thjeshta. Karakteristikat e grimcës rënëse dhe ndërveprimi i saj me bërthamën varen nga masa, ngarkesa dhe energjia kinetike. Ndërveprimi përcaktohet nga shkalla e lirisë së bërthamave, të cilat ngacmohen gjatë përplasjes. Marrja e kontrollit mbi të gjithë këta mekanizma ju lejon të kryeni një proces të tillë si një reaksion zinxhir i kontrolluar bërthamor.

Reagimet e drejtpërdrejta

Nëse një grimcë e ngarkuar që godet bërthamën e synuar e prek vetëm atë, atëherë kohëzgjatja e përplasjes do të jetë e barabartë me distancën e nevojshme për të kapërcyer rrezen e bërthamës. Një reaksion i tillë bërthamor quhet reagim i drejtpërdrejtë. Karakteristikë e përgjithshme për të gjitha reagimet e këtij lloji është ngacmimi i një numri të vogël të shkallëve të lirisë. Në një proces të tillë, pas përplasjes së parë, grimca ka ende energji të mjaftueshme për të kapërcyer tërheqjen bërthamore. Për shembull, ndërveprime të tilla si shpërndarja joelastike e neutronit, shkëmbimi i ngarkesës dhe referohen drejtpërdrejt. Kontributi i proceseve të tilla në karakteristikën e quajtur "prerje tërthore totale" është mjaft i papërfillshëm. Sidoqoftë, shpërndarja e produkteve të kalimit të një reaksioni të drejtpërdrejtë bërthamor bën të mundur përcaktimin e probabilitetit të emetimit nga këndi i drejtimit të rrezes, selektivitetin e gjendjeve të populluara dhe përcaktimin e strukturës së tyre.

Emetimi para ekuilibrit

Nëse grimca nuk largohet nga rajoni i ndërveprimit bërthamor pas përplasjes së parë, atëherë ajo do të përfshihet në një kaskadë të tërë përplasjesh të njëpasnjëshme. Ky është në fakt pikërisht ajo që quhet një reaksion zinxhir bërthamor. Si rezultat i kësaj situate, energjia kinetike e grimcave shpërndahet midis pjesëve përbërëse të bërthamës. Gjendja e vetë bërthamës gradualisht do të bëhet shumë më e ndërlikuar. Gjatë këtij procesi, një nukleon i caktuar ose një grup i tërë (një grup nukleonesh) mund të përqendrojë energji të mjaftueshme për emetimin e këtij nukleoni nga bërthama. Relaksimi i mëtejshëm do të çojë në formimin e ekuilibrit statistikor dhe formimin e një bërthame të përbërë.

reaksionet zinxhir

Çfarë është një reaksion zinxhir bërthamor? Kjo është sekuenca e saj pjesë përbërëse. Kjo do të thotë, reaksionet e shumta të njëpasnjëshme bërthamore të shkaktuara nga grimcat e ngarkuara shfaqen si produkte reagimi në hapat e mëparshëm. Çfarë është një reaksion zinxhir bërthamor? Për shembull, ndarja e bërthamave të rënda, kur ngjarjet e shumta të ndarjes inicohen nga neutronet e marra gjatë zbërthimeve të mëparshme.

Karakteristikat e një reaksioni zinxhir bërthamor

Ndër të gjitha reaksionet kimike e përhapur mori pikërisht zinxhir. Grimcat me lidhje të papërdorura luajnë rolin e atomeve ose radikalëve të lirë. Në një proces të tillë si një reaksion zinxhir bërthamor, mekanizmi i shfaqjes së tij sigurohet nga neutronet, të cilët nuk kanë një pengesë Kulombi dhe ngacmojnë bërthamën pas përthithjes. Nëse grimca e nevojshme shfaqet në mjedis, atëherë ajo shkakton një zinxhir transformimesh të mëvonshme që do të vazhdojnë derisa zinxhiri të prishet për shkak të humbjes së grimcës bartëse.

Pse transportuesi është i humbur

Ekzistojnë vetëm dy arsye për humbjen e grimcave bartëse të një zinxhiri të vazhdueshëm reaksionesh. E para konsiston në thithjen e një grimce pa procesin e emetimit të një dytësore. E dyta është largimi i grimcës përtej kufirit të vëllimit të substancës që mbështet procesin e zinxhirit.

Dy lloje të procesit

Nëse në çdo periudhë të reaksionit zinxhir lind vetëm një grimcë e vetme bartëse, atëherë ky proces mund të quhet i padegëzuar. Nuk mund të çojë në çlirimin e energjisë në një shkallë të gjerë. Nëse ka shumë grimca bartëse, atëherë ky quhet një reaksion i degëzuar. Çfarë është një reaksion zinxhir bërthamor me degëzim? Një nga grimcat dytësore të përftuara në aktin e mëparshëm do të vazhdojë zinxhirin e nisur më herët, ndërsa të tjerat do të krijojnë reaksione të reja që do të degëzohen gjithashtu. Ky proces do të konkurrojë me proceset që çojnë në ndërprerje. Situata e krijuar do të shkaktojë fenomene specifike kritike dhe kufizuese. Për shembull, nëse ka më shumë thyerje sesa zinxhirë thjesht të rinj, atëherë vetë-qëndrimi i reagimit do të jetë i pamundur. Edhe nëse ngacmohet artificialisht duke futur numrin e kërkuar të grimcave në një mjedis të caktuar, procesi do të vazhdojë të kalbet me kalimin e kohës (zakonisht mjaft shpejt). Nëse numri i zinxhirëve të rinj tejkalon numrin e ndërprerjeve, atëherë një reaksion zinxhir bërthamor do të fillojë të përhapet në të gjithë substancën.

Situata kritike

Gjendja kritike ndan rajonin e gjendjes së materies me një reaksion zinxhir të zhvilluar vetë-qëndrueshëm, dhe rajonin ku ky reagim është fare i pamundur. Ky parametër karakterizohet nga barazia midis numrit të qarqeve të reja dhe numrit të ndërprerjeve të mundshme. Ashtu si prania e një grimce bartëse të lirë, gjendja kritike është pika kryesore në një listë të tillë si "kushtet për zbatimin e një reaksioni zinxhir bërthamor". Arritja e kësaj gjendje mund të përcaktohet nga një sërë faktorësh të mundshëm. Një element i rëndë ngacmohet nga vetëm një neutron. Si rezultat i një procesi të tillë si një reaksion zinxhir i ndarjes bërthamore, prodhohen më shumë neutrone. Prandaj, ky proces mund të prodhojë një reaksion të degëzuar, ku neutronet do të veprojnë si bartës. Në rastin kur shkalla e kapjes së neutronit pa ndarje ose ikje (shkalla e humbjes) kompensohet me shpejtësinë e shumëzimit të grimcave bartëse, atëherë reaksioni zinxhir do të vazhdojë në një mënyrë stacionare. Kjo barazi karakterizon faktorin e shumëzimit. Në rastin e mësipërm, ai e barabartë me një. Për shkak të futjes midis shkallës së çlirimit të energjisë dhe faktorit të shumëzimit, është e mundur të kontrollohet rrjedha e një reaksioni bërthamor. Nëse ky koeficient është më i madh se një, atëherë reaksioni do të zhvillohet në mënyrë eksponenciale. Reaksionet zinxhir të pakontrolluara përdoren në armët bërthamore.

Reaksioni zinxhir bërthamor në energji

Përcaktohet reaktiviteti i reaktorit sasi e madhe proceset që ndodhin në zonën e tij aktive. Të gjitha këto ndikime përcaktohen nga i ashtuquajturi koeficienti i reaktivitetit. Efekti i ndryshimeve në temperaturën e shufrave të grafitit, ftohësve ose uraniumit në reaktivitetin e reaktorit dhe intensitetin e një procesi të tillë si një reaksion zinxhir bërthamor karakterizohen nga një koeficient i temperaturës (për ftohësin, për uraniumin, për grafitin). Ekzistojnë gjithashtu karakteristika të varura për fuqinë, për treguesit barometrikë, për treguesit e avullit. Për të mbajtur një reaksion bërthamor në një reaktor, është e nevojshme të konvertohen disa elementë në të tjerë. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të merren parasysh kushtet për rrjedhën e një reaksioni zinxhir bërthamor - prania e një substance që është në gjendje të ndajë dhe të çlirojë nga vetja gjatë kalbjes një numër të caktuar grimcash elementare, të cilat, si rezultat , do të shkaktojë ndarjen e bërthamave të mbetura. Uranium-238, uranium-235, plutonium-239 përdoren shpesh si substanca të tilla. Gjatë kalimit të një reaksioni zinxhir bërthamor, izotopet e këtyre elementeve do të prishen dhe do të formojnë dy ose më shumë të tjerë. substancave kimike. Në këtë proces, të ashtuquajturat rrezet "gama" lëshohen, ndodh një çlirim intensiv i energjisë, formohen dy ose tre neutrone, të afta për të vazhduar reaksionet. Ka neutrone të ngadalta dhe të shpejta, sepse në mënyrë që bërthama e një atomi të shpërbëhet, këto grimca duhet të fluturojnë me një shpejtësi të caktuar.

Në të cilat formohen grimcat që i shkaktojnë dhe si produkte të këtyre reaksioneve. Një reagim i tillë është ndarja e uraniumit dhe disa elementeve trans-uraniumi (për shembull, 23 9 Pu) nën veprimin e neutroneve. Është kryer për herë të parë nga E. Fermi në vitin 1942. Pas zbulimit ndarje bërthamore W. Zinn, L. Szilard dhe G. N. Flerov treguan se gjatë ndarjes së bërthamës së uraniumit U më shumë se një neutron emetohet: n + U → A + B + v. Këtu POR dhe AT- fragmente të ndarjes me numra masiv A nga 90 në 150, vështë numri i neutroneve dytësore.

Faktori i shumëzimit të neutronit. Që një reaksion zinxhir të vazhdojë, është e nevojshme që numri mesatar i neutroneve të çliruar në një masë të caktuar të uraniumit të mos ulet me kalimin e kohës, ose diçka tjetër. faktori i shumëzimit të neutronit k ishte më i madh ose i barabartë me një.

Faktori i shumëzimit të neutroneve është raporti i numrit të neutroneve në çdo gjeneratë me numrin e neutroneve të gjeneratës së mëparshme. Ndryshimi i brezit kuptohet si ndarje bërthamore, në të cilën neutronet e gjeneratës së vjetër thithen dhe lindin neutrone të reja.

Nese nje k ≥ 1, atëherë numri i neutroneve rritet me kalimin e kohës ose mbetet konstant dhe reaksioni zinxhir vazhdon. Në k > 1 numri i neutroneve zvogëlohet dhe një reaksion zinxhir është i pamundur.

Për një sërë arsyesh, nga të gjitha bërthamat që gjenden në natyrë, vetëm bërthamat izotopike janë të përshtatshme për zbatimin e një reaksioni zinxhir bërthamor. Faktori i shumëzimit përcaktohet nga: 1) kapja e neutroneve të ngadalta nga bërthamat e ndjekur nga ndarja dhe kapja e neutroneve të shpejta nga bërthamat dhe , e ndjekur gjithashtu nga ndarja; 2) kapja e neutroneve pa ndarje nga bërthamat e uraniumit; 3) kapja e neutroneve nga produktet e ndarjes, elementet moderatore dhe strukturore të objektit; 4) ikja e neutroneve nga materiali i zbërthyeshëm në pjesën e jashtme.

Vetëm procesi i parë shoqërohet me një rritje të numrit të neutroneve. Për një rrjedhje reaksioni të palëvizshme k duhet të jetë e barabartë me 1. Tashmë në k = 1,01 një shpërthim ndodh pothuajse menjëherë.

formimi i plutoniumit. Si rezultat i kapjes së një neutroni nga një izotop i uraniumit, formohet një izotop radioaktiv me një gjysmë jete prej 23 minutash. Prishja prodhon elementin e parë transura-të ri neptunium:

Neptunium β-radioaktiv (me një gjysmë jetë prej rreth dy ditësh), duke lëshuar një elektron, shndërrohet në elementin tjetër të transuraniumit - plutonium:

Gjysma e jetës së plutoniumit është 24,000 vjet, dhe vetia më e rëndësishme e tij është aftësia për të zbërthyer nën ndikimin e neutroneve të ngadalta në të njëjtën mënyrë si një izotop. Duke përdorur plutonium, një reaksion zinxhir mund të kryhet me lëshimin e një gjiri të madh. sasia e energjisë.

Reaksioni zinxhir shoqërohet me çlirimin e energjisë së madhe; 200 MeV lirohet gjatë ndarjes së çdo bërthame. Kur zbërthehet 1 bërthama e uraniumit, lirohet e njëjta energji si kur digjen 3 qymyr ose 2.5 ton naftë.

Reaksioni zinxhir bërthamor

Reaksioni bërthamor zinxhir- një sekuencë e reaksioneve të vetme bërthamore, secila prej të cilave shkaktohet nga një grimcë që u shfaq si produkt reaksioni në hapin e mëparshëm të sekuencës. Një shembull i një reaksioni zinxhir bërthamor është reaksioni zinxhir i ndarjes bërthamore të elementeve të rënda, në të cilin numri kryesor i ngjarjeve të ndarjes inicohet nga neutronet e marra nga ndarja bërthamore në gjeneratën e mëparshme.

Mekanizmi i çlirimit të energjisë

Shndërrimi i një substance shoqërohet me çlirimin e energjisë së lirë vetëm nëse substanca ka një rezervë energjish. Kjo e fundit do të thotë se mikrogrimcat e substancës janë në një gjendje me një energji pushimi më të madhe se në një gjendje tjetër të mundshme, kalimi në të cilin ekziston. Tranzicioni spontan parandalohet gjithmonë nga një pengesë energjetike, për ta kapërcyer të cilën mikrogrimca duhet të marrë një sasi energjie nga jashtë - energjinë e ngacmimit. Reaksioni ekzoenergjetik konsiston në faktin se në transformimin pas ngacmimit, lirohet më shumë energji sesa kërkohet për të ngacmuar procesin. Ka dy mënyra për të kapërcyer pengesën e energjisë: ose për shkak të energjisë kinetike të grimcave që përplasen, ose për shkak të energjisë lidhëse të grimcave që hyjnë.

Nëse kemi parasysh shkallët makroskopike të çlirimit të energjisë, atëherë energjia kinetike e nevojshme për ngacmimin e reaksioneve duhet të ketë të gjitha ose në fillim të paktën disa nga grimcat e substancës. Kjo mund të arrihet vetëm kur temperatura e mediumit rritet në një vlerë në të cilën energjia e lëvizjes termike i afrohet vlerës së pragut të energjisë, e cila kufizon rrjedhën e procesit. Në rastin e transformimeve molekulare, domethënë reaksioneve kimike, një rritje e tillë është zakonisht qindra kelvin, ndërsa në rastin e reaksioneve bërthamore është të paktën 10 7 K për shkak të shumë lartësi e madhe Barrierat e Kulonit të bërthamave që përplasen. Ngacmimi termik i reaksioneve bërthamore është kryer në praktikë vetëm në sintezën e bërthamave më të lehta, në të cilat barrierat e Kulonit janë minimale (bashkimi termonuklear).

Ngacmimi nga grimcat e bashkimit nuk kërkon një energji të madhe kinetike dhe, për rrjedhojë, nuk varet nga temperatura e mediumit, pasi ndodh për shkak të lidhjeve të papërdorura të qenësishme në forcat tërheqëse të grimcave. Por nga ana tjetër, vetë grimcat janë të nevojshme për të nxitur reagimet. Dhe nëse përsëri nuk kemi parasysh një akt të veçantë reagimi, por prodhimin e energjisë në një shkallë makroskopike, atëherë kjo është e mundur vetëm kur ndodh një reaksion zinxhir. Kjo e fundit lind kur grimcat që ngacmojnë reaksionin rishfaqen si produkte të reaksionit ekzoenergjetik.

reaksionet zinxhir

Reaksionet zinxhirore janë të përhapura në mesin e reaksioneve kimike, ku rolin e grimcave me lidhje të papërdorura e luajnë atomet ose radikalet e lira. Mekanizmi i reaksionit zinxhir në transformimet bërthamore mund të sigurohet nga neutronet që nuk kanë një barrierë Kulombi dhe ngacmojnë bërthamat gjatë përthithjes. Shfaqja e grimcës së kërkuar në mjedis shkakton një zinxhir reaksionesh që vijojnë njëri pas tjetrit, i cili vazhdon derisa zinxhiri të përfundojë për shkak të humbjes së grimcës bartëse të reaksionit. Ekzistojnë dy arsye kryesore për humbjet: thithja e një grimce pa emetuar një dytësore dhe largimi i një grimce jashtë vëllimit të substancës që mbështet procesin e zinxhirit. Nëse në çdo akt të reaksionit shfaqet vetëm një grimcë bartëse, atëherë quhet reaksioni zinxhir i padegëzuar. Një reaksion zinxhir i padegëzuar nuk mund të çojë në çlirimin e energjisë në një shkallë të madhe.

Nëse në çdo akt të reaksionit ose në disa hallka të zinxhirit shfaqen më shumë se një grimcë, atëherë ndodh një reaksion zinxhir i degëzuar, sepse njëra nga grimcat dytësore vazhdon zinxhirin, ndërsa të tjerat i japin zinxhirë të rinj që degëzohen përsëri. Vërtetë, proceset që çojnë në ndërprerje të zinxhirit konkurrojnë me procesin e degëzimit dhe situata aktuale krijon fenomene kufizuese ose kritike specifike për reaksionet e zinxhirit të degëzuar. Nëse numri i ndërprerjeve të zinxhirit është më i madh se numri i zinxhirëve të rinj që shfaqen, atëherë reaksion zinxhir i vetëqëndrueshëm(SCR) rezulton të jetë e pamundur. Edhe nëse ngacmohet artificialisht duke futur një numër të caktuar grimcash të nevojshme në medium, atëherë, meqenëse numri i zinxhirëve në këtë rast mund të ulet vetëm, procesi që ka filluar shpejt prishet. Nëse numri i zinxhirëve të rinj të formuar tejkalon numrin e thyerjeve, reaksioni zinxhir përhapet shpejt në të gjithë vëllimin e substancës kur shfaqet të paktën një grimcë fillestare.

Zona e gjendjeve të materies me zhvillimin e një reaksioni zinxhir të vetëqëndrueshëm ndahet nga zona ku një reaksion zinxhir është përgjithësisht i pamundur, gjendje kritike. Gjendja kritike karakterizohet nga barazia midis numrit të zinxhirëve të rinj dhe numrit të ndërprerjeve.

Arritja e një gjendjeje kritike përcaktohet nga një sërë faktorësh. Ndarja e një bërthame të rëndë ngacmohet nga një neutron, dhe si rezultat i ngjarjes së ndarjes, shfaqet më shumë se një neutron (për shembull, për 235 U, numri i neutroneve të prodhuara në një ngjarje të ndarjes është mesatarisht 2.5). Rrjedhimisht, procesi i ndarjes mund të shkaktojë një reaksion zinxhir të degëzuar, bartës të të cilit do të jenë neutronet. Nëse shkalla e humbjeve të neutroneve (kapja pa ndarje, ikja nga vëllimi i reaksionit, etj.) kompenson shkallën e shumëzimit të neutronit në atë mënyrë që faktori efektiv i shumëzimit të neutronit të jetë saktësisht i barabartë me unitetin, atëherë reaksioni zinxhir vazhdon në një gjendje të palëvizshme. modaliteti. Futja e reagimeve negative midis faktorit të shumëzimit efektiv dhe shkallës së çlirimit të energjisë bën të mundur zbatimin e një reaksioni zinxhir të kontrolluar, i cili përdoret, për shembull, në inxhinierinë e energjisë bërthamore. Nëse faktori i shumëzimit është më i madh se një, reaksioni zinxhir zhvillohet në mënyrë eksponenciale; një reaksion zinxhir i pakontrolluar i ndarjes përdoret në armët bërthamore.

Shiko gjithashtu

Reaksion kimik zinxhir

Letërsia

Klimov A.N. Fizika bërthamore dhe reaktorët bërthamorë.- M. Atomizdat,.
Levin V. E. Fizika bërthamore dhe reaktorët bërthamorë/ Ed. 4. - M.: Atomizdat,.
Petunin V.P. Inxhinieri termike e instalimeve bërthamore.- M.: Atomizdat,.

Fondacioni Wikimedia. 2010 .

Shihni se çfarë është "Reaksioni zinxhir bërthamor" në fjalorë të tjerë:

Reaksioni bërthamor zinxhir - një sekuencë e reaksioneve bërthamore të ngacmuara nga grimcat (për shembull, neutronet) që lindin në çdo akt të reaksionit. Në varësi të numrit mesatar të reaksioneve pas një të mëparshmi më pak, të barabartë ose ... ... Kushtet e energjisë bërthamore

reaksioni zinxhir bërthamor- Një sekuencë reaksionesh bërthamore të ngacmuara nga grimcat (për shembull, neutronet) që lindin në çdo akt të reaksionit. Në varësi të numrit mesatar të reaksioneve pas një reaksioni të mëparshëm më i vogël se, i barabartë ose më i madh se një, reaksioni ... ...

reaksioni zinxhir bërthamor- grandininė branduolinė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reaksioni zinxhir bërthamor vok. Kettenkernreaktion, f rus. reaksion zinxhir bërthamor, f pranc. réaction en chaîne nucléaire, f; reaction nucléaire en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas

reaksioni i ndarjes bërthamat atomike elemente të rënda nën veprimin e neutroneve, në çdo akt të të cilëve rritet numri i neutroneve, në mënyrë që të mund të ndodhë një proces i vetëqëndrueshëm i ndarjes. Për shembull, gjatë ndarjes së një bërthame të izotopit të uraniumit 235U nën veprimin e ... Fjalor i madh enciklopedik politeknik

Reaksioni zinxhir bërthamor- reaksioni i zbërthimit të bërthamave atomike nën veprimin e neutroneve, në çdo akt të të cilave emetohet të paktën një neutron, i cili siguron ruajtjen e reaksionit. Përdoret si burim energjie në ngarkesat bërthamore (eksploziv C. Ya. R.) dhe reaktorët bërthamorë ... ... Fjalor i termave ushtarakë

reaksioni zinxhir i ndarjes së neutronit- - [A.S. Goldberg. Fjalori anglisht rusisht i energjisë. 2006] Temat e energjisë në përgjithësi EN reagimi divergjent ... Manuali Teknik i Përkthyesit

Reaksioni zinxhir bërthamor i vetëqëndrueshëm- 7. Reaksioni zinxhir bërthamor i vetëqëndrueshëm SCR Një reaksion zinxhir bërthamor i karakterizuar nga një faktor shumëzimi efektiv më i madh ose i barabartë me një

Reaksion zinxhir

Reaksion zinxhir- një reaksion kimik dhe bërthamor në të cilin shfaqja e një grimce aktive (një radikal i lirë ose një atom në një proces kimik, një neutron në një proces bërthamor) shkakton një numër të madh (zinxhir) transformimesh të njëpasnjëshme të molekulave ose bërthamave joaktive. Radikalet e lira dhe shumë atome, ndryshe nga molekulat, kanë valenca të lira të pangopura (një elektron i paçiftuar), gjë që çon në ndërveprimin e tyre me molekulat origjinale. Kur një radikal i lirë (R) përplaset me një molekulë, një nga lidhjet valore të kësaj të fundit prishet dhe, kështu, si rezultat i reagimit, formohet një radikal i ri i lirë, i cili, nga ana tjetër, reagon me një molekulë tjetër - një ndodh reaksioni zinxhir.

Reaksionet zinxhir në kimi përfshijnë proceset e oksidimit (djegia, shpërthimi), plasaritja, polimerizimi dhe të tjera, të cilat përdoren gjerësisht në industrinë kimike dhe të naftës.

Fondacioni Wikimedia. 2010 .

Shihni se çfarë është "Reagimi zinxhir" në fjalorë të tjerë:

REAKSIONI ZINXHIROR, një proces i vetëqëndrueshëm i ndarjes bërthamore në të cilin një reaksion fillon një të dytë, një i dyti në të tretën, e kështu me radhë. Për të filluar reaksionin, nevojiten kushte kritike, domethënë, masa e materialit të aftë për t'u ndarë, ... ... Fjalor enciklopedik shkencor dhe teknik

reaksion zinxhir- Çdo proces biologjik (ose kimiko-fizik), i përbërë nga një sërë procesesh të ndërlidhura, ku produkti (ose energjia) e çdo faze është pjesëmarrës në fazën tjetër, që çon në mirëmbajtjen dhe (ose) përshpejtimin e zinxhirit. ... ... Manuali Teknik i Përkthyesit

reaksion zinxhir- 1) Një reaksion që shkakton një numër të madh shndërrimesh të molekulave të substancës origjinale. 2) Reaksioni i vetëqëndrueshëm i ndarjes së bërthamave atomike të elementeve të rënda nën veprimin e neutroneve. 3) shpaloset Rreth një numri veprimesh, gjendjesh, etj., Në të cilat një ose një ... ... Fjalor i shumë shprehjeve

Reaksion zinxhir Çdo proces biologjik (ose kimiko-fizik), i përbërë nga një sërë procesesh të ndërlidhura, ku produkti (ose energjia) e çdo faze është pjesëmarrës në fazën tjetër, e cila çon në mirëmbajtjen dhe (ose) ... .. . Biologjia molekulare dhe gjenetika. Fjalor.

reaksion zinxhir- grandininė reakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminė ar branduolinė reakcija, kurios aktyvusis centras sukelia ilgą kitimų grandinę. atitikmenys: angl. reaksion zinxhir. reaksion zinxhir … Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

reaksion zinxhir- grandininė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reaksion zinxhir vok. Reaksioni Kettenker, f; Kettenreaktion, f rus. reaksion zinxhir, f pranc. reaction en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas

Razg. Për procesin e vazhdueshëm, të pakontrolluar të përfshirjes së dikujt, diçkaje. në atë që l. BMS 1998, 489; BTS, 1462 ... Fjalor i madh i thënieve ruse

Koncepti shkencor i reaksionit zinxhir. Dhe gjithashtu "Reagimi zinxhir" është emri i disa filmave artistikë: "Reagimi zinxhir" filmi i BRSS në 1962. Reagimi Zinxhiri është një film komedi krimi francez i vitit 1963. "Zinxhiri ... ... Wikipedia

Reagimi zinxhir (film, 1963) Ky term ka kuptime të tjera, shih Reagimi Zinxhiri (kuptimet). Carambolages me reaksion zinxhir ... Wikipedia

libra

Reagimi zinxhir, Elkeles Simone. Mosha 18+ 3 karakteristika: - Bestseller The New York Times, Amazon - Nga autori i bestsellerëve botërorë "Perfect Chemistry" dhe "Law of Atraction" -Për ata që besojnë se dashuria ndryshon gjithçka" E shkëlqyeshme…

Konsideroni mekanizmin e reaksionit zinxhir të ndarjes. Në ndarjen e bërthamave të rënda nën veprimin e neutroneve, prodhohen neutrone të reja. Për shembull, me çdo ndarje të bërthamës së uraniumit 92 U 235, prodhohen mesatarisht 2.4 neutrone. Disa nga këto neutrone mund të shkaktojnë përsëri ndarje bërthamore. Një proces i tillë orteku quhet reaksion zinxhir .
Reaksioni zinxhir i ndarjes zhvillohet në mjedisin në të cilin zhvillohet procesi i shumëzimit të neutroneve. Një mjedis i tillë quhet bërthamë . më e rëndësishmja sasi fizike, që karakterizon intensitetin e shumëzimit të neutroneve, është faktori i shumëzimit të neutronit në mjedis k∞. Faktori i shumëzimit është i barabartë me raportin e numrit të neutroneve në një gjeneratë me numrin e tyre në gjeneratën e mëparshme. Indeksi ∞ tregon se po flasim për një medium ideal me dimensione të pafundme. Ngjashëm me vlerën k ∞, përcaktojmë faktori i shumëzimit të neutronit në një sistem fizik k. Koeficienti k është një karakteristikë e një instalimi të veçantë.
Në një mjedis të zbërthyer me përmasa të fundme, një pjesë e neutroneve do të largohen nga zona aktive në pjesën e jashtme. Prandaj, koeficienti k varet edhe nga probabiliteti P që neutroni të mos largohet nga bërthama. A-parësore

k = k ∞ P.

(1)

Vlera e P varet nga përbërja e bërthamës, madhësia, forma e saj dhe gjithashtu nga shkalla në të cilën substanca që rrethon bërthamën reflekton neutronet.
Mundësia e ikjes së neutronit nga bërthama lidhet me koncepte të rëndësishme masa kritike dhe dimensionet kritike. madhësia kritike është madhësia e zonës aktive në të cilën k = 1. masë kritike quhet masa e zonës aktive të përmasave kritike. Natyrisht, kur masa është nën atë kritike, reaksioni zinxhir nuk vazhdon, edhe nëse > 1. Përkundrazi, një tepricë e dukshme e masës mbi atë kritike çon në një reagim të pakontrolluar - një shpërthim.
Nëse ka N neutrone në gjeneratën e parë, atëherë do të ketë Nk n në gjeneratën e n-të. Prandaj, për k = 1, reaksioni zinxhir vazhdon i palëvizshëm, për k< 1 реакция гаснет, а при k >1 intensiteti i reaksionit rritet. Për k = 1, quhet mënyra e reagimit kritike , për k > 1 - superkritike dhe për k< 1 – nënkritike .
Jetëgjatësia e një gjenerate të neutroneve varet fuqishëm nga vetitë e mediumit dhe është në rendin nga 10-4 deri në 10-8 s. Për shkak të vogëlësisë së kësaj kohe, për të zbatuar një reaksion zinxhir të kontrolluar, është e nevojshme të ruhet barazia k = 1 me saktësi të madhe, pasi, të themi, në k = 1.01, sistemi do të shpërthejë pothuajse menjëherë. Le të shohim se cilët faktorë përcaktojnë koeficientët k ∞ dhe k.
Madhësia e parë që përcakton k ∞ (ose k) është numri mesatar i neutroneve të emetuara në një ngjarje të ndarjes. Numri varet nga lloji i karburantit dhe nga energjia e neutronit të rënë. Në tabelë. Tabela 1 tregon vlerat e izotopeve kryesore të energjisë bërthamore për neutronet termike dhe të shpejta (E = 1 MeV).

Spektri energjetik i neutroneve të ndarjes për izotopin 235U është paraqitur në Fig. 1. Spektrat e këtij lloji janë të ngjashëm për të gjithë izotopet e zbërthyer: ka një përhapje të fortë në energji dhe pjesa më e madhe e neutroneve kanë energji në rajonin 1-3 MeV. Neutronet e prodhuara gjatë ndarjes ngadalësohen, shpërndahen në një distancë të caktuar dhe absorbohen ose me ose pa ndarje. Në varësi të vetive të mediumit, neutronet kanë kohë të ngadalësohen në energji të ndryshme përpara përthithjes. Në prani të një moderatori të mirë, shumica e neutroneve kanë kohë të ngadalësohen në energji termike të rendit 0,025 eV. Në këtë rast, reaksioni zinxhir quhet i ngadalshëm, ose, e cila është e njëjtë, termike. Në mungesë të një moderatori të veçantë, neutronet kanë kohë të ngadalësohen vetëm në energji prej 0,1-0,4 MeV, pasi të gjithë izotopet e zbërthyer janë të rëndë dhe për këtë arsye ngadalësohen dobët. Quhen reaksionet zinxhir përkatëse shpejtë(Theksojmë se epitetet "i shpejtë" dhe "i ngadalshëm" karakterizojnë shpejtësinë e neutroneve, dhe jo shpejtësinë e reagimit). Reaksionet zinxhir në të cilat neutronet ngadalësohen në energji nga dhjetëra në një keV quhen e ndërmjetme .
Kur një neutron përplaset me një bërthamë të rëndë, kapja e neutronit rrezatues (n, γ) është gjithmonë e mundur. Ky proces do të konkurrojë me ndarjen dhe në këtë mënyrë do të zvogëlojë faktorin e shumëzimit. Prandaj rrjedh se madhësia e dytë fizike që ndikon në koeficientët k ∞ , k është probabiliteti i ndarjes kur një neutron kapet nga bërthama e një izotopi të zbërthyer. Ky probabilitet për neutronet monoenergjetike është padyshim i barabartë me

(2)

ku nf , nγ janë përkatësisht seksionet kryq të ndarjes dhe kapjes rrezatuese. Për të marrë parasysh njëkohësisht numrin e neutroneve për ngjarje të ndarjes dhe probabilitetin e kapjes rrezatuese, futet koeficienti η, i cili është i barabartë me numrin mesatar të neutroneve dytësore për kapjen e një neutroni nga një bërthamë e zbërthyer.

(3)

vlera e η varet nga lloji i karburantit dhe nga energjia e neutronit. Vlerat e η për izotopet më të rëndësishme për neutronet termike dhe të shpejta janë dhënë në të njëjtën tabelë. 1. Vlera e η është karakteristika më e rëndësishme e bërthamave të karburantit. Një reaksion zinxhir mund të vazhdojë vetëm kur η > 1. Sa më e lartë të jetë vlera e η, aq më e lartë është cilësia e karburantit.

Tabela 1. Vlerat e ν , η për izotopet e zbërthyer

Bërthamë		92 U 233	92 U 235	94 Pu 239
Neutronet termike (E = 0,025 eV)	ν	2.52	2.47	2.91
Neutronet termike (E = 0,025 eV)	η	2.28	2.07	2.09
neutronet e shpejta (E = 1 MeV)	ν	2.7	2.65	3.0
neutronet e shpejta (E = 1 MeV)	η	2.45	2.3	2.7

Cilësia e karburantit bërthamor përcaktohet nga disponueshmëria e tij dhe koeficienti η. Në natyrë, ekzistojnë vetëm tre izotopë që mund të shërbejnë si lëndë djegëse bërthamore ose lëndë të para për prodhimin e tij. Këta janë izotopi i toriumit 232 Th dhe izotopet e uraniumit 238 U dhe 235 U. Prej tyre, dy të parët nuk japin një reaksion zinxhir, por mund të përpunohen në izotope mbi të cilët zhvillohet reaksioni. Vetë izotopi 235 U jep një reaksion zinxhir. AT kores së tokës toriumi është disa herë më shumë se uraniumi. Toriumi natyror praktikisht përbëhet nga vetëm një izotop, 232 Th. Uraniumi natyror përbëhet kryesisht nga izotopi 238 U dhe vetëm 0.7% nga izotopi 235 U.
Në praktikë, çështja e realizueshmërisë së një reaksioni zinxhir në një përzierje natyrale të izotopeve të uraniumit, në të cilën ka 140 238 bërthama U për 235 U, është jashtëzakonisht e rëndësishme. Le të tregojmë se një reagim i ngadaltë është i mundur në një përzierje natyrore. , por një i shpejtë nuk është. Për të marrë në konsideratë një reaksion zinxhir në një përzierje natyrore, është e përshtatshme të futet një sasi e re, seksioni kryq mesatar i thithjes së neutronit për një bërthamë të izotopit 235 U. Sipas përkufizimit,

Për neutronet termike = 2,47, = 580 hambar, = 112 hambar, = 2,8 hambar (vini re vogëlsinë e seksionit të fundit). Duke i zëvendësuar këta numra në (5), marrim atë për neutronet e ngadalta në një përzierje natyrore

Kjo do të thotë se 100 neutrone termike, të zhytur në një përzierje natyrore, do të krijojnë 132 neutrone të reja. Nga kjo rrjedh drejtpërdrejt se një reaksion zinxhir me neutrone të ngadalta është, në parim, i mundur me uranium natyror. Në parim, sepse për zbatimin real të një reaksioni zinxhir, duhet të jetë në gjendje të ngadalësojë neutronet me humbje të ulëta.
Për neutronet e shpejta ν = 2,65, 2 hambar, 0,1 hambar. Nëse ndarja merret parasysh vetëm në izotopin 235 U, marrim

235 (i shpejtë) 0.3.

(7)

Por duhet të kemi parasysh gjithashtu se neutronet e shpejta me energji mbi 1 MeV mund të zbërthejnë me një intensitet relativ të dukshëm edhe bërthamat e izotopit 238 U, i cili është shumë i bollshëm në një përzierje natyrale. Për pjesëtimin me 238 U, koeficienti është afërsisht 2.5. Në spektrin e ndarjes, rreth 60% e neutroneve kanë energji mbi pragun efektiv të ndarjes 1.4 MeV me 238 U. Por nga këto 60%, vetëm një në 5 neutrone ka kohë për ndarje pa u ngadalësuar në një energji nën pragun e duhur. ndaj shpërndarjes elastike dhe veçanërisht joelastike. Prandaj, për koeficientin 238 (i shpejtë), marrim vlerësimin

Kështu, një reaksion zinxhir në një përzierje natyrale (235 U + 238 U) nuk mund të vazhdojë me neutrone të shpejta. Është vërtetuar eksperimentalisht se për uraniumin e pastër metalik faktori i shumëzimit arrin unitet me një pasurim prej 5.56%. Në praktikë, rezulton se reagimi në neutronet e shpejta mund të mbahet vetëm në një përzierje të pasuruar që përmban të paktën 15% të izotopit 235U.
Një përzierje natyrale e izotopeve të uraniumit mund të pasurohet me izotopin 235 U. Pasurimi është një proces kompleks dhe i kushtueshëm për faktin se Vetitë kimike të dy izotopet janë pothuajse të njëjta. Duhet të përfitojmë nga ndryshimet e vogla në shpejtësinë e reaksioneve kimike, difuzionit, etj., që lindin nga ndryshimet në masat e izotopeve. Reaksioni zinxhir për 235 U kryhet pothuajse gjithmonë në një mjedis me përmbajtje të lartë prej 238 U. Shpesh përdoret një përzierje natyrale izotopësh, për të cilat η = 1,32 në rajonin termik të neutronit, pasi 238 U është gjithashtu i dobishëm. Izotopi 238 U shpërbëhet nga neutronet me energji mbi 1 MeV. Ky ndarje rezulton në një shumëzim të vogël shtesë të neutronit.
Le të krahasojmë reaksionet zinxhir të ndarjes në neutronet termike dhe ato të shpejta.
Për neutronet termike, seksionet kryq të kapjes janë të mëdha dhe ndryshojnë fuqishëm kur kalojnë nga një bërthamë në tjetrën. Në bërthamat e disa elementeve (për shembull, në kadmium), këto seksione tërthore i tejkalojnë prerjet kryq me 235 U me qindra ose më shumë herë. Prandaj, kërkesat për pastërti të lartë në lidhje me disa papastërti vendosen në bërthamën e neutronit termik. instalimet.
Për neutronet e shpejta, të gjitha seksionet kryq kapëse janë të vogla dhe nuk ndryshojnë aq shumë nga njëra-tjetra, në mënyrë që të mos lindë problemi i pastërtisë së lartë të materialeve. Një avantazh tjetër i reagimeve të shpejta është një shkallë më e lartë e riprodhimit.
Një tipar i rëndësishëm dallues i reaksioneve termike është se në zonën aktive karburanti është shumë më i holluar, d.m.th., ka dukshëm më shumë bërthama që nuk marrin pjesë në ndarje për bërthamën e karburantit sesa në një reagim të shpejtë. Për shembull, në një reaksion termik në uranium natyror, ka 140 bërthama të papërpunuara 238 U për bërthamën e karburantit 235 U, dhe në një reagim të shpejtë, jo më shumë se pesë ose gjashtë bërthama prej 238 U mund të bien në një bërthamë 235 U. dhe e njëjta energji në një reaksion termik lirohet në një vëllim shumë më të madh të lëndës sesa në një të shpejtë. Kështu, është më e lehtë të largohet nxehtësia nga zona aktive e një reaksioni termik, gjë që lejon që ky reagim të kryhet me një intensitet më të madh se ai i shpejtë.
Jetëgjatësia e një gjenerate të neutroneve për një reaksion të shpejtë është disa renditje me madhësi më të shkurtër se sa për një reaksion termik. Prandaj, shpejtësia e një reagimi të shpejtë mund të ndryshojë dukshëm pas një shumë një kohë të shkurtër pas një ndryshimi të kushteve fizike në bërthamë. Gjatë funksionimit normal të reaktorit, ky efekt është i parëndësishëm, pasi në këtë rast mënyra e funksionimit përcaktohet nga jetëgjatësia e neutroneve të vonuara dhe jo të shpejta.
Në një mjedis homogjen që përbëhet vetëm nga izotope të zbërthyer të një lloji, faktori i shumëzimit do të ishte i barabartë me η. Megjithatë, në situata reale, përveç bërthamave të zbërthyeshme, ka gjithmonë të tjera, jo të zbërthyeshme. Këto bërthama të huaja do të kapin neutronet dhe në këtë mënyrë do të ndikojnë në faktorin e shumëzimit. Prandaj rrjedh se sasia e tretë që përcakton koeficientët k ∞ , k është probabiliteti që neutroni të mos kapet nga një prej bërthamave jo të zbërthyeshme. Në instalimet reale, kapja "e huaj" bëhet në bërthamat e moderatorit, në bërthamat e elementëve të ndryshëm strukturorë, si dhe në bërthamat e produkteve të ndarjes dhe produkteve të kapjes.
Për të kryer një reaksion zinxhir në neutronet e ngadalta, substanca të veçanta futen në bërthamë - moderatorë, të cilët shndërrojnë neutronet e ndarjes në ato termike. Në praktikë, një reaksion zinxhir në neutronet e ngadalta kryhet në uranium natyral ose pak të pasuruar me izotop 235 U. Prania e një sasie të madhe të izotopit 238U në bërthamë e ndërlikon procesin e ngadalësimit dhe e bën të nevojshme vendosjen e kërkesave të larta për cilësinë e moderatorit. Jeta e një gjenerate të neutroneve në një bërthamë me një moderator mund të ndahet afërsisht në dy faza: moderimi në energjitë termike dhe difuzioni c. shpejtësitë termike para përthithjes. Në mënyrë që pjesa kryesore e neutroneve të ketë kohë të ngadalësohet pa përthithje, kushti duhet të plotësohet.

ku kontrolli σ, kapja σ janë seksione kryq mesatarisht të energjisë së shpërndarjes dhe kapjes elastike, përkatësisht, dhe n është numri i përplasjeve të neutroneve me bërthamat moderatore të nevojshme për të arritur energjinë termike. Numri n rritet me shpejtësi me numrin masiv të moderatorit. Për uraniumin 238 U, numri n është i rendit të disa mijërave. Dhe raporti σ kontroll / kapje σ për këtë izotop nuk kalon 50 edhe në një rajon relativisht të favorshëm energjetik të neutroneve të shpejta. I ashtuquajturi rajon i rezonancës nga 1 keV në 1 eV është veçanërisht "i rrezikshëm" në lidhje me kapjen e neutroneve. Në këtë rajon, seksioni kryq i përgjithshëm për bashkëveprimin e një neutroni me 238 bërthama U ka një numër të madh rezonancash intensive (Fig. 2). Në energji të ulëta, gjerësia e rrezatimit tejkalon ato neutronike. Prandaj, në rajonin e rezonancave, raporti σ kontroll / kap kapje bëhet edhe më i vogël se uniteti. Kjo do të thotë se kur një neutron hyn në rajonin e një prej rezonancave, ai absorbohet me një probabilitet pothuajse 100%. Dhe meqenëse ngadalësimi në një bërthamë kaq të rëndë si uraniumi vazhdon me "hapa të vegjël", atëherë kur kalon nëpër rajonin rezonant, neutroni ngadalësues patjetër do të "pengohet" në një nga rezonancat dhe do të përthithet. Nga kjo rrjedh se një reaksion zinxhir nuk mund të kryhet në uranium natyror pa papastërti të huaja: në neutronet e shpejta, reaksioni nuk vazhdon për shkak të vogëlësisë së koeficientit η, dhe nuk mund të formohen neutrone të ngadalta. Për të shmangur kapjen rezonante. të një neutroni, duhet të përdoren bërthama shumë të lehta për të ngadalësuar , në të cilën ngadalësimi vazhdon me "hapa të mëdhenj", gjë që rrit ndjeshëm mundësinë e një "kërcimi" të suksesshëm të neutronit përmes rajonit të energjisë rezonante. Elementët më të mirë moderatorë janë hidrogjeni, deuteriumi, beriliumi dhe karboni. Prandaj, moderatorët e përdorur në praktikë reduktohen kryesisht në ujë të rëndë, berilium, oksid beriliumi, grafit, si dhe ujë të zakonshëm, i cili ngadalëson neutronet jo më keq se uji i rëndë, por i thith ato në sasi shumë më të mëdha. Retarderi duhet të pastrohet mirë. Vini re se për të zbatuar një reagim të ngadaltë, moderatori duhet të jetë dhjetëra apo edhe qindra herë më shumë se uraniumi në mënyrë që të parandalohen përplasjet rezonante të neutroneve me bërthamat 238 U.

Vetitë moderatore të mediumit aktiv mund të përshkruhen përafërsisht nga tre sasi: probabiliteti që një neutron të shmangë thithjen nga moderatori gjatë ngadalësimit, probabiliteti p për të shmangur kapjen rezonante nga 238 bërthama U dhe probabiliteti f për një neutron termik. të përthithet nga bërthama e karburantit dhe jo nga moderatori. Vlera f zakonisht quhet koeficienti i shfrytëzimit termik. Llogaritja e saktë e këtyre sasive është e vështirë. Zakonisht, për llogaritjen e tyre përdoren formula të përafërta gjysmë empirike.

Vlerat e p dhe f varen jo vetëm nga sasia relative e moderatorit, por edhe nga gjeometria e vendosjes së tij në bërthamë. Zona aktive, e përbërë nga një përzierje homogjene e uraniumit dhe moderatorit, quhet homogjene, dhe sistemi i blloqeve të tyre të alternuara të uraniumit dhe moderator quhet heterogjen (Fig. 4). Një sistem cilësisht heterogjen dallohet nga fakti se në të neutroni i shpejtë i formuar në uranium ka kohë për të shpëtuar në moderator pa arritur energji rezonante. Ngadalësimi i mëtejshëm ndodh në një moderator të pastër. Kjo rrit probabilitetin p për të shmangur kapjen rezonante

p het > p hom.

Nga ana tjetër, përkundrazi, pasi është bërë termik në moderator, neutroni duhet që, për të marrë pjesë në reaksionin zinxhir, të shpërndahet, pa u zhytur në moderatorin e pastër, në kufirin e tij. Prandaj, faktori i përdorimit termik f në një mjedis heterogjen është më i ulët se në një mjedis homogjen:

f het< f гом.

Për të vlerësuar faktorin e shumëzimit k ∞ të një reaktori termik, është e përafërt formula e katër faktorëve

k ∞ = η pfε .

(11)

Ne kemi konsideruar tashmë tre faktorët e parë më herët. Sasia ε quhet faktori i shumëzimit në neutronet e shpejta . Ky koeficient është paraqitur për të marrë parasysh se disa nga neutronet e shpejtë mund të zbërthehen pa pasur kohë për të ngadalësuar. Në kuptimin e tij, koeficienti ε gjithmonë tejkalon unitetin. Por kjo tepricë është zakonisht e vogël. Vlera ε = 1.03 është tipike për reaksionet termike. Për reaksionet e shpejta, formula e katër faktorëve nuk është e zbatueshme, pasi çdo koeficient varet nga energjia dhe shpërndarja e energjisë në reaksionet e shpejta është shumë e madhe.
Meqenëse vlera e η përcaktohet nga lloji i karburantit, dhe vlera e ε për reaksione të ngadalta pothuajse nuk ndryshon nga uniteti, cilësia e një mediumi specifik aktiv përcaktohet nga produkti pf. Kështu, avantazhi i një mediumi heterogjen ndaj atij homogjen manifestohet në mënyrë sasiore në faktin se, për shembull, në një sistem në të cilin ka 215 bërthama grafiti për një bërthamë natyrale të uraniumit, produkti pf është 0,823 për një mjedis heterogjen dhe 0,595 për një homogjene. Dhe meqenëse për një përzierje natyrale η = 1,34, atëherë marrim atë për një mjedis heterogjen k ∞ > 1, dhe për një mjedis homogjen k ∞< 1.
Për zbatimin praktik të një reaksioni zinxhir në gjendje të qëndrueshme, duhet të jeni në gjendje të kontrolloni këtë reagim. Ky kontroll është thjeshtuar shumë për shkak të ikjes së neutroneve të vonuar gjatë ndarjes. Shumica dërrmuese e neutroneve fluturojnë nga bërthama pothuajse menjëherë (d.m.th., në një kohë shumë rend të madhësisë më të shkurtër se jeta e një gjenerimi neutron në bërthamë), por disa të dhjetat e përqindjes së neutroneve vonohen dhe fluturojnë jashtë bërthamat e fragmentuara pas një intervali mjaft të gjatë kohor - nga fraksione sekonda në disa dhe madje dhjetëra sekonda. Në mënyrë cilësore, efekti i neutroneve të vonuara mund të shpjegohet si më poshtë. Lëreni faktorin e shumëzimit të rritet menjëherë nga një vlerë nënkritike në një vlerë të tillë superkritike që 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.
Kapja e neutroneve nga bërthamat që nuk marrin pjesë në reaksionin zinxhir zvogëlon intensitetin e reaksionit, por mund të jetë i dobishëm në lidhje me formimin e izotopeve të reja të zbërthyeshme. Pra, kur thithen neutronet e izotopeve të uraniumit 238 U dhe toriumit 232 Th, formohen izotopet e plutoniumit 239 Pu dhe uraniumit 233 U (përmes dy zbërthimeve të njëpasnjëshme β), të cilat janë lëndë djegëse bërthamore:

(12)

(13)

Këto dy reagime hapin mundësinë reale riprodhimi i karburantit bërthamor gjatë reaksionit zinxhir. Në rastin ideal, d.m.th., në mungesë të humbjeve të panevojshme të neutroneve, mesatarisht 1 neutron mund të përdoret për riprodhim për çdo akt të përthithjes së një neutroni nga një bërthamë e karburantit.

Reaktorët bërthamorë (atomikë).

Një reaktor është një pajisje në të cilën mbahet një reaksion zinxhir i kontrolluar i ndarjes. Gjatë funksionimit të reaktorit, nxehtësia lirohet për shkak të ekzotermisë së reaksionit të ndarjes. Karakteristika kryesore e reaktorit është fuqia e tij - sasia e energjisë termike të çliruar për njësi të kohës. Fuqia e reaktorit matet në megavat (10 6 W). Një fuqi prej 1 MW korrespondon me një reaksion zinxhir në të cilin ndodhin 3·10 16 ngjarje të ndarjes në sekondë. Ka një numër të madh tipe te ndryshme reaktorët. Një nga skemat tipike të një reaktori termik është paraqitur në Fig. 5.
Pjesa kryesore e reaktorit është zona aktive, në të cilën zhvillohet reaksioni dhe kështu lirohet energjia. Në reaktorët termikë dhe të ndërmjetëm të neutronit, bërthama përbëhet nga karburant, zakonisht i përzier me një izotop jo të zbërthyer (zakonisht 238 U) dhe një moderator. Nuk ka asnjë moderator në thelbin e reaktorëve të shpejtë neutron.
Vëllimi i bërthamës varion nga të dhjetat e një litri në disa reaktorë të shpejtë neutron në dhjetëra metra kub në reaktorë të mëdhenj termikë. Për të reduktuar rrjedhjen e neutronit, bërthamës i jepet një formë sferike ose afërsferike (për shembull, një cilindër me një lartësi afërsisht të barabartë me diametrin, ose një kub).
Në varësi të vendndodhjes relative të karburantit dhe moderatorit, dallohen reaktorët homogjenë dhe heterogjenë. Një shembull i një zone aktive homogjene është një zgjidhje e kripës sulfate uranil dhe U 2 SO 4 në ujë të zakonshëm ose të rëndë. Reaktorët heterogjenë janë më të zakonshëm. Në reaktorët heterogjenë, bërthama përbëhet nga një moderator në të cilin vendosen kasetat që përmbajnë karburant. Meqenëse energjia lëshohet pikërisht në këto kaseta, ato quhen elementet e karburantit ose shkurtuar shufrat e karburantit. Bërthama me një reflektor shpesh mbyllet në një shtresë çeliku.

Roli i neutroneve të vonuar në kontrollin e reaktorit bërthamor