Использования энергии ядерных цепных реакций. Атомная бомба. Ядерный реактор.

В 1934 г. Жолио–Кюри высказал предположение о возможности использования энергии ядерных цепных реакций в практических целях. Практическое осуществление цепных реакций – не такая простая задача, как это выглядит на схеме. Нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана, способны вызвать деление лишь ядер изотопа урана с массовым числом 235, и для этого пригодны даже медленные (тепловые) нейтроны. Деление же ядер изотопа урана с массовым числом 238 не происходит, нейтроны просто захватываются этими ядрами. В природном уране на долю изотопа 238 приходится 99,3%, а на долю изотопа 235 приходится всего лишь 0,7%. Поэтому, осуществление цепной реакции деления связано с разделением природного урана и получением в чистом виде достаточно большого количества изотопа 235, что достаточно сложно и дорого.

Необходимым условием для осуществления цепной реакции является наличие достаточного количества урана, так как при малой массе урана большинство нейтронов пролетят и уйдут наружу, не попав ни в одно ядро. Минимальная масса урана, достаточная для осуществления цепной реакции, называется критической массой, для изотопа урана 235 она составляет примерно 50 кг, а радиус шара такой массы равен 8,5 см.

Для характеристики цепной реакции деления используется величина, называемая коэффициентом размножения нейтронов К. Этот коэффициент равен отношению числа нейтронов одного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения, участвующих в реакции распада. Коэффициент размножения зависит от типа ядерной реакции, от наличия поглощающих нейтроны примесей, а также от конструкции устройства, где происходит реакция. Если К>1, число нейтронов в системе лавинообразно нарастает и происходит выделение большого количества энергии за малое время, то есть происходит ядерный взрыв, система в этом случае называется надкритической. Для стационарной цепной реакции деления К=1, в этом случае число нейтронов, участвующих в реакции, не меняется и выделение энергии идет с постоянной скоростью. Такой режим реакции называется критическим, он используется в ядерных реакторах для длительного получения энергии. При К< 1 происходит уменьшение числа нейтронов, цепная ядерная реакция не происходит, система называется подкритической (это имеет место на месторождениях урана).

Простейший способ осуществления цепной реакции в уране – 235 заключается в следующем: изготавливают два куска урана в виде полушарий с массой несколько меньше критической. Цепная реакция в каждом из них в отдельности идти не может, но при соединении этих кусков мгновенно развивается цепная реакция и выделяется колоссальная энергия. Происходит атомный взрыв, температура окружающей среды резко увеличивается и все в области взрыва превращается в пар. Мощное световое и гамма-излучение сжигают все, что горит, на расстояниях нескольких километров. В добавление, вследствие кратковременности реакции, возникает мощная ударная волна перепада давления, разрушающая все на своем пути. Первые атомные бомбы были изготовлены в США в 1945г., взрывами этих бомб были уничтожены японские города Хиросима и Нагасаки. При взрыве бомбы с массой урана 1 кг, сброшенной на Хиросиму, была выделена энергия равная энергии взрыва примерно 20000 тонн тринитротолуола. Более мощным оружием является термоядерная бомба. В ней атомная бомба служит лишь «запалом», а основная энергия выделяется при осуществлении реакции термоядерного синтеза с превращением ядер водорода в ядра гелия.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: