Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
Для уменьшения критических размеров и критической массы делящиеся вещества окружаются отражателями нейтронов — слоями неделящегося вещества, которое не захватывает нейтроны, а возвращает в активную зону большую часть вылетающих из нее нейтронов. В качестве отражателей применяются те же вещества, которые служат замедлителями нейтронов (VI.4.9.3°).
Управление цепной реакцией состоит в том, чтобы регулировать скорость V цепной реакции, т. е. число актов деления ядер в веществе за единицу времени. Помимо коэффициента размножения нейтронов скорость цепной реакции зависит от среднего времени т между двумя последовательными актами деления (среднее время жизни одного «.поколения» нейтронов).
6°. Ядерными реакторами (атомными котлами) называются устройства, в которых осуществляются управляемые цепные ядерные реакции. Основные элементы ядерного реактора: ядерное горючее, замедлитель и отражатель нейтронов, теплоноситель для отвода тепла, образующегося в реакторе, регуляторы скорости развития цепной реакции деления. Различаются реакторы на медленных и на быстрых нейтронах (VI.4.9.2°). Для работы первых обязательно наличие замедлителя, позволяющего нейтронам скачками преодолевать опасную область энергий, в которой происходит резонансный захват нейтронов (VI.4.9.3°), приводящий к убыли их числа в активной зоне реактора.
4.12. ЦЕПНЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ. ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР 493
7°. Ядерным горючим (сырьевые и делящиеся вещества в реакторах) являются изотопы урана 2JJ21U и 2S2U, плутоний 2MPu, торий 2JJoTh. В природной смеси изотопов урана изотопа 2J2U содержится в 140 раз больше, чем изотопа 2Jj21U.
Замедлители и отражатели нейтронов (п. 5°) способствуют увеличению числа медленных нейтронов (VI.4.9.2°), которые наиболее эффективны для развития цепной реакции деления.
Быстрое развитие цепной реакции сопровождается выделением большого количества тепла и перегревом реактора.
Ядерное горючее и зшеИмипело
Рис. VI.4.9
Для поддержания стационарного режима реактора, при котором коэффициент размножения нейтронов A=I (VI.4.12.2°) (критический режим реактора), в активную зону реактора вводятся управляющие (регулирующие) стержни из материалов, сильно поглощающих тепловые нейтроны, например из бора или кадмия.
Теплоносителем в реакторе служит вода, жидкий натрий и другие вещества. Для защиты персонала, обслуживающего реактор, от действия на организм нейтронных потоков и Y-излучения, возникающих в реакторе (VI.4.14.1°), применяются специальные меры — защитные устройства и автоматизация процессов управления реактором. Схема устройства ядерного реактора изображена на рис. VI.4.9.
8°. В ядерных реакторах, работающих на быстрых нейтронах, осуществляется процесс воспроизводства ядерного горючего. Захват нейтронов ядрами урана 2||U приводит к созданию плутония 2Jj41Pu (VI.4.9.4°), который можно химически отделить от 2UlU. При делении одного ядра 2U2TJ образуется в среднем 2,5 нейтрона (VI.4.11.50), из которых
494 отдел vi. гл. 4. свойства атомных ядер
*) Часто применяемый термин «атомная энергия» является неправильным. Атомная энергия связана с процессами, происходящими в электронных оболочках атомов, молекул и их коллективов.
лишь один необходим для поддержания цепной реакции. Остальные 1,5 нейтрона могут быть захвачены ядрами 23JU и создать 1,5 ядра a||Pu. В специальных бридерных {воспроизводящих) реакторах коэффициент воспроизводства ядерного горючего превышает единицу. В активную зону бридерного реактора помещается сплав урана, обогащенного изотопом 2UUU, с тяжелым металлом (висмут, свинец), мало поглощающим нейтроны. Замедлитель в таких реакторах отсутствует. Управление реактором производится автоматизированным перемещением отражателя или изменением массы делящихся веществ.
4.13. Применения ядерной энергии и радиоактивных изотопов
1°. Ядерной энергией называется энергия, выделяющаяся при цепных ядерных реакциях деления тяжелых ядер *). В мирных целях ядерная энергия используется в атомных электростанциях. Мощность атомных электростанций определяется мощностью ядерных реакторов. Реакторы достаточной мощности служат источниками энергии в двигателях на судах и подводных лодках. Энергия атомных электростанций может быть использована, например, для опреснения морской воды. Расчеты показывают, что стоимость опресненной воды при этом будет столь низкой, что ее можно будет использовать для орошения засушливых земель.
2°. Развитие реакторостроения и увеличивающиеся мощности ядерных реакторов позволяют расширить производство радиоактивных изотопов различных химических элементов (VI.4.10.2°, 3°). Радиоактивные изотопы по своим химическим свойствам не отличаются от стабильных изотопов тех же химических элементов. Это определяет возмож-йость практического использования радиоактивных изотопов.
Основой практического применения радиоактивных изотопов в науке и технике являются следующие их свойства:
а) большая энергия ?_-, ?+- и у-излучений, позволяющая обнаружить весьма малые количества радиоактивных веществ;
б) независимость излучения данного радиоактивного изотопа от условий, в которых находятся его атомы (внеш-
