Kjedereaksjonen. Betingelser for kjedereaksjonen

Relativitetsteorien sier at masse - er en spesiell form for energi. Av dette følger det at det er mulig å konvertere masse til energi og energi i massen. På intraatomic nivå, slike reaksjoner finne sted. Spesielt kan en del av massen av atomkjernen godt vise til energi. Dette skjer på flere måter. For det første kan kjernen brytes opp i et antall mindre kjerner, blir denne reaksjonen kalles "kollaps". Dernest kan mindre kjerner enkelt koble for å få større - denne syntesen reaksjon. I universet, slike reaksjoner er ikke uvanlig. Det er nok å si at fusjonsreaksjonen - en kilde til energi for stjernene. Men reaksjonen av forråtnelse som brukes av menneskeheten til kjernereaktorer, som folk har lært å kontrollere disse komplekse prosesser. Men hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? Hvordan håndtere det?

Hva skjer i kjernen av et atom

Kjedereaksjonen - en prosess som kjører i kollisjoner mellom enkeltpartikler eller atomkjerner med andre kjerner. Hvorfor er en "kjede"? Dette settet med sekvensielle enkeltkjernefysiske reaksjoner. Som et resultat av denne prosessen er det en endring av kvantetilstand nukleon og sammensetningen i kjernen, vises selv nye partikler - produkter av reaksjonen. Kjedereaksjonen, fysikken som gjør det mulig å utforske de mekanismer for interaksjon av kjernene med kjernene og partikler - den primære metode for fremstilling av nye elementer og isotoper. For å forstå kjedereaksjon, må vi først forholde seg til én.

Det som trengs for reaksjon

For å kunne gjennomføre en slik prosess, som kjedereaksjonen, er det nødvendig å bringe sammen partiklene (kjerne og Nucleon to kjerner) i en avstand på radius sterk interaksjon (ca. en Fermi). Hvis avstandene er store, er interaksjon av ladede partikler rent Coulomb. I kjernefysisk reaksjon, i samsvar med alle lover: bevaring av energi, det øyeblikk av momentum, baryon kostnad. Kjedereaksjonen er betegnet med symbolene a, b, a, d. Symbolet a betegner et utgangs kjerne, b - det innfallende partikkel, med - en ny utsendte partikler, og d betegner den resulterende kjerne.

energi for reaksjonen

Kjeden kjernereaksjonen kan finne sted med både absorpsjon og frigjøring av energi, som er lik massen differansen av partikler etter reaksjonen og før det. Den absorberte energi bestemmer den minimale kinetisk energi i en kollisjon, en såkalt terskelkjernereaksjon i hvilken den kan flyte fritt. Denne grensen avhenger av partikler som deltar i interaksjonen, og på deres egenskaper. I den innledende fasen, alle partiklene er i en forutbestemt kvantetilstand.

omsette

Den viktigste kilde for ladede partikler som skyller over kjernen er den partikkelakselerator, noe som gjør det mulig for bjelker av protoner, tunge ioner og atomkjerner. Langsomme nøytroner produsert ved bruk av atomreaktorer. For fiksering av de innfallende ladede partikler kan brukes for forskjellige typer av kjernereaksjoner - både syntese og nedbrytning. Sannsynligheten for dem er avhengig av parameterne for de partikler som kolliderer. Fra denne sannsynligheten er tilknyttet en slik karakteristikk, tverrsnittet av reaksjons - er verdien av det effektive areal som karakteriserer kjernen som et mål for de innkommende partikler og som er et mål på sannsynligheten for partikler som kommer inn i cellekjernen og samhandle. Hvis reaksjonen er gått partikler med en ikke-null spinn verdi, er den seksjon direkte avhengig av deres orientering. Siden baksiden av de innkommende partikler som ikke er orientert helt tilfeldig, og mer eller mindre oversiktlig måte, alle legemene er polarisert. Kvantitativ karakterisering av spinn-orientert beskriver polarisasjonsvektoren.

Reaksjonsmekanismen

Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? Som allerede nevnt, er det en sekvens av enklere reaksjoner. Detaljer ved innfallende partikkel og dens interaksjon med kjernen er avhengig av massen, lade, en kinetisk energi. Interaksjon bestemmes av den grad av frihet av kjernene, som er spent når en kollisjon. Å få kontroll over alle disse mekanismene gjør det mulig for en prosess, slik som kontrollert atomkjedereaksjon.

direkte reaksjoner

Hvis en ladet partikkel som treffer målet kjernen, bare berører den, er varigheten av kollisjonen fortsatt nødvendig for å overvinne den kjernefysiske radius avstand. Denne kjernefysiske reaksjonen kalles direkte. Et fellestrekk for alle reaksjoner av denne type er initiering av et lite antall frihetsgrader. I denne prosessen, etter den første kollisjonen partikkel har likevel nok energi til å overvinne den kjernefysiske tiltrekning. For eksempel, slike interaksjoner, som uelastisk nøytronspredning, lade utveksling, og er rette. Bidraget av slike prosesser i den karakteristiske kalt "total tverrsnitt" helt elendig. Imidlertid, til produktfordelingen linje som passerer kjernereaksjon bestemme sannsynligheten for utslipp av vinkelen på stråleretningen, kvantetall selektivitet befolket tilstander og for å bestemme deres struktur.

pre-likevekt utslipp

Hvis partikkelen ikke forlater nukleær samarbeid etter den første kollisjon, vil det være involvert i en kaskade av påfølgende kollisjoner. Dette er faktisk akkurat det som kalles kjernefysisk kjedereaksjon. Som et resultat av en slik situasjon den kinetiske energien til partiklene er fordelt på de komponentdelene i kjernen. Det samme tilstand av kjernen vil gradvis bli mye mer komplisert. Under denne prosessen på et eller annet nukleon eller hel gruppe (gruppe av nukleoner) energi kan konsentreres, er det tilstrekkelig for avgivelse av et nukleon fra kjernen. Videre avslapning vil resultere i en statistisk likevekt og dannelse av en forbindelse kjerne.

kjedereaksjoner

Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon? Denne sekvensen av dets bestanddeler. Dvs. at flere på hverandre følgende enkeltkjernereaksjoner forårsaket av ladede partikler vises som reaksjonsprodukter i de tidligere trinnene. Hva kalles en kjernefysisk kjedereaksjon? For eksempel, spalting av tunge kjerner, når flere fisjonshendelser har igangsatt, som oppnås ved tidligere avtar nøytroner.

Funksjoner av en kjedereaksjonen

Blant alle de kjemiske reaksjonene det fått bred distribusjonskjeden. Partikler med tilkoblinger som oppfyller rollen som frie radikaler eller atomer. I denne prosessen, som kjedereaksjonen, mekanismen for dets selvfølgelig tilveiebringe nøytroner som har den Coulomb-barrieren og eksitere atomkjernen ved absorpsjon. Dersom det medium synes nødvendig partikkel, fører det til en kjede av påfølgende transformasjoner, som vil fortsette å kjedespalting på grunn av tap av bærerpartiklene.

Hvorfor mistet carrier

Det er bare to årsaker til tap av bærerpartikler kontinuerlige kjedereaksjoner. Den første er absorpsjonen av partiklene uten sekundæremisjon prosess. Den andre - later partiklene innenfor rammen av det stoff som understøtter kjeden prosessen.

To typer prosess

Hvis enheten er født utelukkende partikkelbærer i hver periode kjedereaksjon, da denne fremgangsmåte kan kalles uforgrenet. Det kan ikke føre til frigjøring av energi i stor skala. Hvis det er mange bærerpartikler, er det som kalles en forgrenet reaksjon. Hva er en kjernefysisk kjedereaksjon med forgrening? En mottatt i den foregående handling av sekundærpartikler fortsetter påbegynt før kjeden, men de andre vil skape nye reaksjoner som også forgrene seg ut. Med denne prosessen vil konkurrere prosesser føre til brekkasje. Den resulterende situasjonen vil gi opphav til spesifikke kritisk og marginalt fenomen. For eksempel, hvis kontinuiteten i mer enn rent nye kjeder, er reaksjonen selv støtte umulig. Selv om tenne henne kunstig å innføre i det medium ønsket antall partikler, vil prosessen fortsatt svekkes over tid (vanligvis ganske raskt). Hvis antallet nye kjeder vil overstige antall pauser, vil kjedereaksjon begynner å spre seg i hele materialet.

kritisk tilstand

En kritisk region er atskilt tilstand tilstander av materie avansert selvbærende kjedereaksjon og det område hvor denne reaksjonen er ikke mulig i det hele tatt. Denne parameteren er karakterisert ved likhet mellom antallet nye kretser og antall mulige pauser. Ettersom tilstedeværelsen av partikkelfrie bærerkritisk tilstand er den viktigste element i en liste som "betingelsene for kjernekjedereaksjon". Oppnåelse av denne tilstand kan bestemmes ved en rekke mulige faktorer. Oppdeling av tunge element kjernen blir eksitert ved hjelp av bare en nøytron. Som et resultat av denne prosessen, som en kjedereaksjon av fisjon, er det flere nøytroner. Følgelig kan denne prosessen fremstilling av forgrenede reaksjons hvor bærere og nøytroner vil opptre. I det tilfellet hvor hastigheten av nøytronfanging uten oppdeling eller avganger (tapshastighet) vil bli kompensert hastighetsreproduksjonsbærepartikler, vil kjedet reaksjonen foregå i en stasjonær modus. Denne ligningen beskriver multiplikasjon faktor. I tilfelle det er lik enheten ovenfor. I kjernekraft på grunn av innføring av negativ tilbakekopling mellom frekvensen av energifrigjøring og multiplikasjonsfaktoren kan realiseres kontroll av kjernereaksjoner. Dersom dette forholdet er større enn en, så vil reaksjonen utvikle seg eksponentielt. Ukontrollert kjedereaksjon som brukes i kjernefysiske våpen.

Kjedereaksjonen i energisektoren

Reaktiviteten av reaktoren bestemmes av et stort antall prosesser som finner sted i den aktive sone. Alle disse påvirkninger er bestemt ved den såkalte koeffisient for reaktivitet. Påvirkning av temperaturendringer på grafitt stenger, kjølevæske eller uran reaktivitet av reaktoren og intensiteten av perkoleringen prosess, for eksempel en atomkjedereaksjon, karakterisert ved at temperatur-koeffisienten (for kjølemediet, uran, på grafitt). Det er også en avhengighet av karakteristikkene av kraft, i henhold til barometerlesingene indikatorer for damp parametere. For å opprettholde kjernereaksjon i reaktoren er nødvendig for å omdanne ett element til et annet. For dette er det nødvendig å ta hensyn til strømningsforholdene fra kjedereaksjonen i - nærvær av en substans som er i stand til å dele seg og fordele seg fra nedbrytning av en rekke elementærpartikler som, som en konsekvens, vil føre til at resten av divisjonen kjerner. Som et slikt stoff er ofte brukt uran-238, uran-235, plutonium-239. Under passeringen av kjernekjedereaksjon isotoper av disse elementer vil desintegrere og danne to eller flere andre kjemiske stoffer. I denne prosessen, blir det emittert såkalt "gamma" sering, en intensiv energifrigjøring, er dannet to eller tre nøytroner som er i stand virker til å fortsette reaksjonen. Skille mellom langsomme og hurtige nøytroner, fordi for å atomkjernen i oppløsning, bør disse partikler flyr i en viss hastighet.