Читать онлайн «Нейтронная физика»

НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА у! Е НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА Урановый реактор олицетворяет собой оамое гениальное и замечательное достижение разума за всю историю человечества. Фредерик Содди ЧАСТЬ I ФИЗИКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНАХ Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ 1. 1. ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР Источником энергии во всех действующих в настоящее время ядерных реакторах является деление некоторых тяжелых ядер. Деление представляет собой процесс расщепления ядра (Z, A){Z - заряд и А - массовое число атомного ядра) на два ядра (Zx, Ах) и (Z2, A2), называемых осколками деления: (Z,A)^(ZUA1) + (Z2,A2. ) (1. 1) При этом Zx +Z2 = Z;A1 + А2 = А. Различают самопроизвольное (спонтанное) деление и вынужденное деление атомных ядер. Спонтанным называют такое деление, которое происходит без предварительного возбуждения атомных ядер. Вынужденное деление ядер обусловлено внешним воздействием и может производиться нейтронами, заряженными частицами, 7-квантами и другими излучениями. Всюду далее под вынужденным делением будем понимать деление, вызываемое нейтронами. Спонтанное деление энергетически выгодно для ядер, для которых Z2M > 17, однако обнаружено оно было только для самых тяжелых из существующих в природе элементов - тория, палладия, урана. Если Z2/A < 49, деление, хотя и энергетически выгодно (энергия реакции Q ** 200 МэВ), но маловероятно, так как развалу ядра препятствует барьер деления Wf, возникающий в процессе колебательного изменения формы ядра. Барьер деления сравнительно велик, поэтому вероятность квантово-механического эффекта проникновения сквозь барьер (т. е. туннельного эффекта) исключительно мала. Например, среднее время жизни ядра 238U по отношению к спонтанному делению составляет —10^6 лет, а для 23SU и 239Ри еще больше. В принципе спонтанное деление может служить источником нейтронов, инициирующим цепную реакцию в ядерном реакторе. Деление ядер нейтронами может быть как пороговым, так и беспороговым. К беспороговому делению способны нечетные изотопы тяжелых элементов: 233U, 23SU, 239Pu, 241Pu. Их называют делящимися нуклидами. В природе существует только изотоп 23SU, причем в очень небольших количествах Иэотоп "4U "5U "«U Атомная концентрация в естественном уране, % * 0,006 0,7204 99,2739 Остальные делящиеся изотопы могут быть созданы искусственным путем при захвате нейтронов четными изотопами урана или тория. Четные изотопы тяжелых элементов: 232Th, 23BU и т. д. имеют порог деления. В ядерных реакторах эти изотопы используются для получения нового ядерного горючего, т. е для его воспроизводства. Способность ядер к пороговому или беспороговому делению зависит от соотношения между энергией возбуждения, выделяющейся при захвате • нейтронов ядрами, и высотой барьера деления. Так, например, барьер деления ядра 236U составляет «6 МэВ, а энергия, высвобождающаяся при захвате теплового нейтрона ядрами 235U, равна 6,5 МэВ. Барьер деления для ядра 239U « 6 МэВ, а энергия присоединения нейтрона к ядру 238U примерно 5 МэВ, т. е.