Реакции деления тяжёлых ядер

Деление тяжелых ядер может быть вызвано протонами, нейтронами, a- частицами и g- излучением. Особое практическое значение имеет реакция деления под действием нейтрона ядер изотопов урана и плутония, например

Вероятность деления ядер определяется энергией бомбардирующих нейтронов. Минимальная энергия, необходимая для осуществления деления ядра, называется энергией активации (для , (торий) (плутоний) )

Если создать условия, способствующие тому, чтобы хотя бы один из вторичных нейтронов принял сразу же участие в реакции деления следующего ядра, получим реакцию, способную самостоятельно себя поддерживать - цепную реакцию.

Цепная реакция характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.

, при К 1 идет цепная реакция.

К зависит от природы делящегося вещества, от его количества и от размеров активной зоны.

При К > 1 – развивающаяся реакция (может быть взрыв)

К = 1 – самоподдерживающаяся реакция

К < 1 – затухающая реакция.

Для получения значений коэффициента размножения, превышающих единицу, необходимо взять массу урана-235, превышающую значение критической массы

Критическая масса и критические размеры активной зоны – это минимальные размеры, необходимые для осуществления цепной реакции.

 

Взрыв атомной бомбы – не управляемая реакция. Чтобы она при хранении не взорвалась, делится на две удаленные друг от друга части .

При помощи обычного взрыва эти две массы сближаются – цепная реакция.

Управляемые цепные реакции – в ядерном реакторе (АЭС).

Реакции синтеза лёгких ядер (термоядерные реакции)

Эти реакции также предполагаются чрезвычайно перспективными с точки зрения промышленного производства энергии. Однако осуществление таких реакций возможно только при очень высоких температурах порядка 2×10⁹ К. Удержать плазму при такой температуре в настоящее время не удаётся. Перспективы использования термоядерных реакций переносятся на ближайшее будущее. При этом наибольшие надежды связывают с синтезом ядер изотопов водорода:

Реакции такого типа поддерживают энергетику Солнца.

Атомная энергетика и безопасность

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производствомэлектрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

К ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.

Деление тяжелых ядер

В настоящее время из всех источников ядерной энергии наибольшее практическое применение имеет энергия, выделяющаяся при делении тяжёлых ядер. В условиях дефицита энергетических ресурсов ядерная энергетика на реакторах деления считается наиболее перспективной в ближайшие десятилетия. На атомных электрических станциях ядерная энергия используется для получения тепла, используемого для выработки электроэнергии и отопления. Ядерные силовые установки решили проблему судов с неограниченным районом плавания (атомные ледоколы, атомные подводные лодки, атомные авианосцы).

Энергия деления ядер урана или плутония применяется в ядерном и термоядерном оружии

(как пускатель термоядерной реакции и как источник дополнительной энергии при делении ядер нейтронами, возникающими в термоядерных реакциях).

Существовали экспериментальные ядерные ракетные двигатели, но испытывались они исключительно на Земле и в контролируемых условиях, по причине опасности радиоактивного загрязнения в случае аварии.

Термоядерный синтез

Энергия термоядерного синтеза применяется в водородной бомбе. Проблема управляемого термоядерного синтеза пока не решена, однако в случае решения этой проблемы он станет практически неограниченным источником дешёвой энергии.

Радиоактивный распад

Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде, используется в долгоживущих источниках тепла и бета-гальванических элементах. Автоматические межпланетные станции типа «Пионер» и «Вояджер», а также марсоходы и другие межпланетные миссии используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Изотопный источник тепла использовали советские лунные миссии «Луноход-1» и «Луноход-2».

Использование атомной энергии создает много проблем. В основном все эти проблемы связаны с тем, что используя себе на благо энергию связи атомного ядра (которую мы и называем ядерной энергией), человек получает существенное зло в виде высокорадиоактивных отходов, которые нельзя просто выбросить. Отходы от атомных источников энергии требуется перерабатывать, перевозить, захоранивать, и хранить продолжительное время в безопасных условиях.