Явах гинжин урвал ба цөмийн реактор. Гинжин урвалууд

Цөмийн гинжин урвал- нэг цөмийн урвалын дараалал, тэдгээр нь тус бүр нь дарааллын өмнөх үе шатанд урвалын бүтээгдэхүүн болж гарч ирсэн бөөмөөс үүсдэг. Цөмийн гинжин урвалын жишээ бол хүнд элементийн цөмийн задралын гинжин урвал бөгөөд задралын ихэнх үйл явдлыг өмнөх үеийн цөмийн задралаас олж авсан нейтронууд эхлүүлдэг.

Коллежийн YouTube

1 / 3

Цөмийн физик. Цөмийн урвал. Цөмийн хуваагдлын гинжин урвал. АЦС

Цөмийн хүч Цөм дэх бөөмсийн холболтын энерги Ураны цөмийн хуваагдал Гинжин урвал

Цөмийн урвал

Хадмал орчуулга

Эрчим хүч гаргах механизм

Бодисын хувиргалт нь ялгаралт дагалддаг чөлөөт эрчим хүчзөвхөн тухайн бодис нь эрчим хүчний нөөцтэй бол. Сүүлийнх нь бодисын бичил хэсгүүд нь шилжилтийн өөр боломжит төлөвөөс илүү тайван энергитэй төлөвт байна гэсэн үг юм. Аяндаа шилжихэд энергийн саад бэрхшээл үргэлж саад болдог бөгөөд үүнийг даван туулахын тулд бичил бөөмс гаднаас тодорхой хэмжээний энерги буюу өдөөх энергийг хүлээн авах ёстой. Экзоэнергетик урвал нь өдөөлтийг дагаж хувиргахад үйл явцыг өдөөхөд шаардагдахаас илүү их энерги ялгардаг явдал юм. Энергийн саадыг даван туулах хоёр арга бий: мөргөлдөж буй бөөмсийн кинетик энерги, эсвэл нэгдэх бөөмийн холболтын энерги.

Хэрэв бид энерги ялгарах макроскоп хэмжүүрийг анхаарч үзвэл урвалыг өдөөхөд шаардлагатай кинетик энерги нь бодисын бүх хэсгүүд эсвэл хамгийн багадаа зарим хэсгийг агуулсан байх ёстой. Дулааны хөдөлгөөний энерги нь энергийн босгоны утгад ойртож, үйл явцын явцыг хязгаарладаг утгад ойртоход л орчны температур нэмэгдэхэд л үүнийг хийх боломжтой. Молекулын өөрчлөлт, өөрөөр хэлбэл химийн урвалын хувьд ийм өсөлт нь ихэвчлэн хэдэн зуун келвин, цөмийн урвалын хувьд энэ нь хамгийн багадаа 10 7 К байдаг. их өндөрМөргөлдөх цөмүүдийн Кулон саад. Цөмийн урвалын дулааны өдөөлт нь практикт зөвхөн хамгийн хөнгөн цөмүүдийн нийлэгжилтээр явагддаг бөгөөд үүнд Кулоны саад тотгор бага байдаг (термоядролын нэгдэл).

Бөөмүүдийг хавсаргах замаар өдөөх нь их хэмжээний кинетик энерги шаарддаггүй тул таталцлын хүчний хэсгүүдэд агуулагдах ашиглагдаагүй бондоос болж үүсдэг тул орчны температураас хамаардаггүй. Гэхдээ нөгөө талаас урвалыг өдөөхөд бөөмс нь өөрөө хэрэгтэй. Хэрэв бид бие даасан урвалын үйлдэл биш, харин макроскопийн хэмжээнд энерги үйлдвэрлэхийг дахин санаж байвал энэ нь гинжин урвал үүсэх үед л боломжтой юм. Сүүлийнх нь урвалыг өдөөдөг хэсгүүд нь экзоэнергетик урвалын бүтээгдэхүүн болж дахин гарч ирэх үед үүсдэг.

Гинжин урвалууд

Гинжин урвалууддунд өргөн тархсан химийн урвал, энд ашиглагдаагүй холбоо бүхий бөөмсийн үүргийг чөлөөт атомууд эсвэл радикалууд гүйцэтгэдэг. Цөмийн хувиргалт дахь гинжин урвалын механизмыг Кулоны саадгүй нейтронууд хангаж, шингээх үед цөмийг өдөөдөг. Хүрээлэнд шаардлагатай бөөмс гарч ирснээр дараа дараагийн урвалын гинжин хэлхээ үүсдэг бөгөөд энэ нь урвалын зөөгч бөөмс алдагдсаны улмаас гинж тасрах хүртэл үргэлжилнэ. Алдагдлын хоёр үндсэн шалтгаан бий: хоёрдогч ялгаруулалтгүйгээр бөөмсийг шингээх, гинжин хэлхээний процессыг дэмжих бодисын эзэлхүүнээс гадуур бөөмс гарах. Хэрэв урвалын үйлдэл бүрт зөвхөн нэг зөөгч бөөмс гарч ирвэл гинжин урвал гэж нэрлэдэг салбарлаагүй... Салбаргүй гинжин урвал нь эрчим хүчийг их хэмжээгээр ялгаруулахад хүргэж чадахгүй.

Хэрэв урвалын үйлдэл бүрт эсвэл гинжин хэлхээний зарим холбоосуудад нэгээс олон бөөмс байдаг бол хоёрдогч бөөмсийн аль нэг нь эхэлсэн гинжийг үргэлжлүүлж, зарим нь дахин салаалсан шинэ гинжийг өгдөг тул салаалсан гинжин урвал үүсдэг. Үнэн бол гинжин хэлхээ тасрахад хүргэдэг процессууд нь салаалсан үйл явцтай өрсөлдөж, үүссэн нөхцөл байдал нь салаалсан гинжин урвалд хамаарах хязгаарлалт буюу чухал үзэгдлүүдийг үүсгэдэг. Хэрэв нээлттэй хэлхээний тоо гарч ирэх шинэ хэлхээний тооноос их байвал өөрийгөө тэтгэх гинжин урвал(SCR) боломжгүй болж хувирав. Энэ нь тодорхой хэмжээний шаардлагатай тоосонцорыг орчинд оруулах замаар зохиомлоор өдөөгдөж байсан ч энэ тохиолдолд гинжний тоо багасах тул эхэлсэн процесс хурдан унтардаг. Хэрэв шинээр үүссэн гинжин хэлхээний тоо тасрах тооноос давсан бол хамгийн багадаа нэг анхны бөөмс гарч ирэхэд гинжин урвал нь бодисын эзлэхүүнд хурдан тархдаг.

Бие даасан гинжин урвал хөгжиж буй материйн төлөв байдлын бүс нь гинжин урвал явагдах боломжгүй бүсээс тусгаарлагдсан, хүнд нөхцөл... Чухал нөхцөл нь шинэ хэлхээний тоо болон завсарлагааны тоо хоорондын тэгш байдалаар тодорхойлогддог.

Эгзэгтэй байдалд хүрэх нь хэд хэдэн хүчин зүйлээр тодорхойлогддог. Хүнд цөмийн хуваагдал нь нэг нейтроноор өдөөгддөг бөгөөд хуваагдлын үр дүнд нэгээс олон нейтрон гарч ирдэг (жишээлбэл, 235 U-ийн хувьд нэг задралын үед төрсөн нейтронуудын тоо дунджаар 2-оос 3 хүртэл байдаг) . Үүний үр дүнд хуваагдлын үйл явц нь нейтроноор дамжих салаалсан гинжин урвалыг үүсгэж болно. Хэрэв нейтроны алдагдлын хурд (хуваалгүйгээр барьж авах, урвалын эзэлхүүнээс гарах гэх мэт) үр дүнтэй нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл нь яг нэгдмэл байхаар нейтрон үржих хурдыг нөхөж байвал гинжин урвал хөдөлгөөнгүй горимд явагдана. . Үр дүнтэй үржүүлгийн хүчин зүйл ба энерги ялгарах хурдны хоорондох сөрөг санал хүсэлтийг нэвтрүүлэх нь жишээлбэл, цөмийн эрчим хүчд ашиглагддаг хяналттай гинжин урвалыг бий болгох боломжийг олгодог. Хэрэв үржүүлэх хүчин зүйл нь нэгээс их байвал гинжин урвал нь экспоненциалаар хөгждөг; хяналтгүй хуваагдлын гинжин урвалыг ашигладаг

Гинжин урвал гэдэг нь анх гарч ирсэн бүтээгдэхүүн нь шинэ бүтээгдэхүүн бий болгоход оролцдог өөрөө явагддаг химийн урвал юм. Гинжин урвал нь ихэвчлэн өндөр хурдтай явагддаг бөгөөд ихэвчлэн дэлбэрэлтийн шинж чанартай байдаг.

Гинжин урвал нь цөм үүсэх (эхлэх), хөгжүүлэх, гинжин хэлхээг дуусгах гэсэн гурван үндсэн үе шатыг дамждаг.

Цагаан будаа. 9.13. Урвалын энергийн профайл (боломжийн энергийн урвалын координаттай харьцуулсан график) нь урвалын завсрын бодис үүсэхэд тохирох хамгийн бага хэмжээг харуулсан.

Эхлэх үе шат. Энэ үе шатанд завсрын бүтээгдэхүүн (завсрын бүтээгдэхүүн) үүсдэг. Завсрын бодисууд нь атом, ион, төвийг сахисан молекулууд байж болно. Эхлэлийг гэрэл, цөмийн цацраг, дулааны (дулааны) энерги, анион эсвэл катализатороор хийж болно.

Хөгжлийн үе шат. Энэ үе шатанд завсрын бүтээгдэхүүнүүд нь эхлэлийн урвалжуудтай урвалд орж шинэ завсрын бүтээгдэхүүн болон эцсийн бүтээгдэхүүн үүсгэдэг. Гинжин урвалын хөгжлийн үе шат нь олон удаа давтагддаг бөгөөд энэ нь үүсэхэд хүргэдэг их тооэцсийн болон завсрын бүтээгдэхүүн.

Гинж тасрах үе шат. Энэ үе шатанд завсрын бүтээгдэхүүний эцсийн хэрэглээ эсвэл тэдгээрийг устгах явдал тохиолддог. Үүний үр дүнд урвал зогсдог. Гинжин урвал нь аяндаа эсвэл тусгай бодис - дарангуйлагчийн нөлөөн дор тасарч болно.

Гинжин урвал тоглодог чухал үүрэгхимийн олон салбаруудад, ялангуяа фотохими, шаталтын хими, цөмийн задрал ба цөмийн хайлуулах урвал (1-р хэсгийг үзнэ үү), органик хими (17-20-р бүлгийг үз).

Фотохими

Химийн энэ хэсгийг хамарна химийн процессуудбодис дээр гэрлийн нөлөөлөлтэй холбоотой. Фотосинтез бол фотохимийн процессуудын жишээ юм.

Олон гинжин урвалыг гэрлээр эхлүүлдэг. Энэ тохиолдолд эхлүүлэгч бөөмс нь энергитэй фотон юм (1.2-р хэсгийг үзнэ үү). Сонгодог жишээ бол гэрлийн орчинд устөрөгч ба хлорын хоорондох урвал юм

Энэ урвал нь тэсрэлт юм. Үүнд дараах гурван үе шат орно.

Санаачлага. Энэ үе шатанд хлорын молекул дахь ковалент холбоо тасарч, үүний үр дүнд тус бүр нь хосгүй электронтой хоёр атом үүсдэг.

Энэ төрлийн урвал нь гомолиз буюу цус задралын хуваагдал юм (17.3-р хэсгийг үзнэ үү). Энэ нь бас фотолизийн жишээ юм. "Фотолиз" гэсэн нэр томъёо нь фотохимийн задрал гэсэн утгатай. Үүссэн хоёр хлорын атом нь завсрын бүтээгдэхүүн (завсрын бүтээгдэхүүн) юм. Тэд радикалууд юм. Радикал нь хамгийн багадаа нэг хосгүй электронтой атом (эсвэл бүлэг атом) юм. Хэдийгээр эхлүүлэх алхам нь гинжин урвалын хамгийн удаан алхам боловч бүхэл бүтэн гинжин урвалын хурдыг тодорхойлдоггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.

Хөгжлийн үе шат. Энэ үе шатанд хлорын атомууд устөрөгчийн молекулуудтай урвалд орж, эцсийн бүтээгдэхүүн болох устөрөгчийн хлорид, түүнчлэн устөрөгчийн радикалуудыг үүсгэдэг. Устөрөгчийн радикалууд нь хлорын молекулуудтай урвалд ордог; Үүний үр дүнд бүтээгдэхүүний шинэ хэсгүүд, шинэ хлорын радикалууд үүсдэг.

Эдгээр хоёр урвал нь хамтдаа хөгжлийн үе шатыг бүрдүүлдэг бөгөөд сая сая удаа давтагддаг.

Гинж тасрах үе шат. Үүний үр дүнд гинжин урвал эцэстээ дуусна

зэрэг урвалууд

Эдгээр гинжин хэлхээний төгсгөлийн урвалын үед ялгардаг энергийг шингээхийн тулд бусад гуравдагч биетүүд оролцох шаардлагатай. Энэ гурав дахь бие нь ихэвчлэн урвал явагддаг хөлөг онгоцны хана юм.

Квантын гаралт

Дээр дурдсан гинжин урвалд хлорын молекул гэрлийн нэг фотоныг шингээх нь сая сая устөрөгчийн хлоридын молекул үүсэхэд хүргэдэг. Бүтээгдэхүүний молекулуудын тоог урвалыг эхлүүлж буй гэрлийн квантуудын (фотон) тоонд харьцуулсан харьцааг квантын гарц гэнэ. Фотохимийн урвалын квант гарц нь нэгээс хэдэн сая хүртэл байж болно. Квантын өндөр гарц нь болж буй урвалын гинжин шинж чанарыг илтгэнэ.

Импульсийн фотолиз

Энэ бол тэдгээрийг илрүүлэх хангалттай өндөр концентрацитай радикалуудыг олж авахад ашигладаг техникийн нэр юм. Зураг дээр. 9.14-т импульсийн фотолиз хийхэд ашигласан тохируулгын хялбаршуулсан диаграммыг үзүүлэв. Урвалын хольц нөлөөлдөг

Цагаан будаа. 9.14. Импульсийн фотолиз.

тусгай импульсийн эх үүсвэрээс хүчтэй гэрлийн гялбаа. Ийм эх үүсвэр нь 105 Ж хүртэл энергитэй, с ба түүнээс бага хугацаатай гэрлийн анивчдаг гэрлийг бий болгох боломжийг олгодог. Импульсийн фотолизийн орчин үеийн аргууд нь наносекунд (10-9 секунд) давтамжтай анивчдаг импульсийн лазерыг ашигладаг. Ийм гэрлийн гялбааны үр дүнд үүссэн урвалын дараа урвалын хольцын оптик шингээлтийн спектрийн дарааллыг бүртгэж болно. Эхний анивчсаны дараа бага чадлын импульсийн эх үүсвэрээс хэд хэдэн анивчдаг. Эдгээр тэсрэлт нь миллисекунд эсвэл микросекундын дарааллаар бие биенээ дагах ба ийм хугацааны интервалд урвалын хольцын шингээлтийн спектрийг бүртгэх боломжийг олгодог.

Шатаах

Дулааны энерги, гэрэл ялгарахад хүргэдэг хүчилтөрөгчтэй урвалыг шаталт гэж нэрлэдэг. Шатаах нь ихэвчлэн радикал урвалын нарийн төвөгтэй дараалал хэлбэрээр явагддаг.

Устөрөгчийн шаталтыг жишээ болгон авч үзье. Тодорхой нөхцөлд энэ урвал тэсрэлттэй явагддаг. Зураг дээр. 9.15-д Пирекс реактор дахь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн стехиометрийн хольцын урвалын туршилтын өгөгдлийг үзүүлэв. Диаграммын сүүдэртэй хэсэг нь энэ урвалын тэсрэх бүсэд тохирч байна. Устөрөгчийн шаталтын урвалын хувьд диаграммын энэ хэсэг нь тэсрэх хойгийн хэлбэртэй байна. Дэлбэрэлтийн талбай нь дэлбэрэлтийн хил хязгаараар хязгаарлагддаг.

Цагаан будаа. 9.15. Устөрөгчийн шаталтын урвалын тэсрэлт үүсэх нөхцөл:

Цөмийн гинжин урвал- хүнд цөмүүдийн бие даасан задралын урвал, үүнд нейтронууд тасралтгүй үржиж, улам олон бөөм хуваагддаг.Уран-235-ын цөм нь нейтроны нөлөөгөөр тэгш бус масстай хоёр цацраг идэвхт хэсгүүдэд хуваагдан өндөр хурдтайгаар тархдаг. өөр өөр чиглэлд, мөн хоёр буюу гурван нейтрон. Хяналттай гинжин урвалуудцөмийн реактор эсвэл цөмийн уурын зууханд хийнэ. Одоогоор хяналттай гинжин урвалуран-235, уран-233 (торий-232-аас зохиомлоор гаргаж авсан), плутони-239 (шархнаас зохиомлоор гаргаж авсан-238), түүнчлэн плутони-241-ийн изотопууд дээр хийгддэг. Маш чухал ажил бол түүний уран-235 изотопыг байгалийн уранаас ялгах явдал юм. Атомын технологийг хөгжүүлэх эхний алхмуудаас эхлээд уран-235-ыг ашиглах нь шийдвэрлэх ач холбогдолтой байсан боловч уран-238 ба уран-235 нь химийн хувьд салшгүй холбоотой тул цэвэр хэлбэрээр нь үйлдвэрлэх нь техникийн хувьд хэцүү байсан.

50. Цөмийн реактор. Термоядролын энергийг ашиглах хэтийн төлөв.

Цөмийн реакторэнерги ялгаруулж, хяналттай цөмийн гинжин урвал явагддаг төхөөрөмж юм. Анхны цөмийн реакторыг 1942 оны арванхоёрдугаар сард Э.Фермигийн удирдлаган дор АНУ-д барьж, ашиглалтад оруулсан. АНУ-аас гадна баригдсан анхны реактор бол 1946 оны 12-р сарын 25-нд Канадад ашиглалтад орсон ZEEP юм. Европт анхны цөмийн реактор нь 1946 оны 12-р сарын 25-нд Москвад И.В.Курчатовын удирдлаган дор ашиглалтад орсон Ф-1 блок байсан бол 1978 он гэхэд дэлхий дээр аль хэдийн зуу орчим цөмийн реактор ажиллаж байжээ. янз бүрийн төрөл... Аливаа цөмийн реакторын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь: ихэвчлэн нейтрон тусгалаар хүрээлэгдсэн цөмийн түлш бүхий цөм, хөргөлтийн бодис, гинжин урвалын хяналтын систем, цацрагийн хамгаалалт, алсын удирдлагатай систем юм. Реакторын сав нь элэгдэлд өртдөг (ялангуяа ионжуулагч цацрагаас). Цөмийн реакторын гол шинж чанар нь түүний хүч юм. 1 МВт чадал нь 1 секундэд 3 × 10 16 задралын үйл явц явагдах гинжин урвалтай тохирч байна. Өндөр температурын плазмын физикийн судалгааг голчлон термоядролын реактор бий болгох хэтийн төлөвтэй холбогдуулан явуулдаг. Реакторт параметрийн хувьд хамгийн ойр байдаг нь токамак төрлийн суурилуулалт юм. 1968 онд Т-3 суурилуулалтанд плазмын температур арван сая градус хүрч чадсан гэж зарласан бөгөөд энэ чиглэлийг хөгжүүлэхэд олон орны эрдэмтдийн хүчин чармайлт сүүлийн хэдэн арван жилд төвлөрч байна. өөр өөр улс орнуудтокамак ITER. 21-р зууны хоёрдугаар хагаст дулааны цөмийн реакторыг эрчим хүчний инженерчлэлд бүрэн хэмжээгээр ашиглах төлөвтэй байна.Токамакаас гадна өндөр температурт плазмыг хязгаарлах өөр төрлийн соронзон урхи, тухайлбал, задгай урхи гэж нэрлэгддэг. . Олон тооны онцлог шинж чанаруудын улмаас тэд өндөр даралтын плазмыг барьж чаддаг тул термоядроны нейтроны хүчирхэг эх үүсвэр, ирээдүйд термоядролын реактор болох сайн ирээдүйтэй.

-д хүрсэн амжилтууд өнгөрсөн жилЦөмийн физикийн хүрээлэнгийн SB RAS орчин үеийн тэнхлэгт тэгш хэмтэй задгай хавхыг судлахдаа энэ арга нь ирээдүйтэй болохыг харуулж байна. Эдгээр судалгаанууд үргэлжилж байгаа бөгөөд үүнтэй зэрэгцэн INP нь реакторынхтай ойролцоо плазмын параметрүүдийг харуулах боломжтой шинэ үеийн байгууламжийн төсөл дээр ажиллаж байна.

Тэдгээрийг үүсгэдэг бөөмсүүд нь эдгээр урвалын бүтээгдэхүүн болж үүсдэг. Ийм урвал нь уран болон зарим транс-ураны элементүүдийн хуваагдал юм (жишээлбэл, 23 9 Пу) нейтроны нөлөөн дор. Анх 1942 онд Э.Ферми хийжээ. цөмийн задралВ.Зин, Л.Сзилард, Г.Н.Флеров нар ураны цөмийн задралд байгааг харуулсан. Унэгээс илүү нейтрон ялгардаг: n + У → A + B + v... Энд Аболон В- 90-ээс 150 хүртэлх массын тоо бүхий хуваагдлын хэсгүүд, v- хоёрдогч нейтроны тоо.

Нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл... Гинжин урвал явагдахын тулд тухайн ураны масс дахь ялгарсан нейтроны дундаж тоо цаг хугацааны явцад буурахгүй байх шаардлагатай. нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл к нэгээс их буюу тэнцүү байсан.

Нейтрон үржүүлэх коэффициент нь аль ч үеийн нейтроны тоог өмнөх үеийн нейтроны тоотой харьцуулсан харьцаа юм. Үеийн өөрчлөлтийг цөмийн хуваагдал гэж ойлгодог бөгөөд үүнд хуучин үеийн нейтронууд шингэж, шинэ нейтронууд үүсдэг.

Хэрэв k ≥ 1, дараа нь нейтроны тоо цаг хугацааны явцад нэмэгдэж эсвэл тогтмол хэвээр байх ба гинжин урвал явагдана. At k> 1нейтроны тоо буурч, гинжин урвал явагдах боломжгүй.

Хэд хэдэн шалтгааны улмаас байгальд байдаг бүх цөмүүдээс зөвхөн изотопын цөм нь цөмийн гинжин урвалыг хэрэгжүүлэхэд тохиромжтой байдаг. Үржүүлэх хүчин зүйлийг дараахь байдлаар тодорхойлно: 1) удаан нейтроныг цөмөөр барьж, дараа нь хуваагдаж, хурдан нейтроныг цөмөөр барьж авах, түүнчлэн дараагийн хуваагдал; 2) ураны цөмд хуваагдалгүйгээр нейтроныг барьж авах; 3) нейтроныг задралын бүтээгдэхүүн, зохицуулагч, байгууламжийн бүтцийн элементүүдээр барих; 4) задрах бодисоос гадагш чиглэсэн нейтроны ялгаралт.

Зөвхөн эхний үйл явц нь нейтроны тоог нэмэгдүүлэх замаар дагалддаг. Тогтвортой урвалын хувьд кбайх ёстой 1. Already at k = 1.01бараг тэр даруй дэлбэрэлт болно.

Плутони үүсэх... Нейтроныг ураны изотопоор барьж авсны үр дүнд хагас задралын хугацаа 23 минут болох цацраг идэвхт изотоп үүсдэг. Ялзах үед анхны трансура-шинэ элемент гарч ирдэг нептун:

β-цацраг идэвхт нептуни (хагас задралын хугацаа хоёр хоног орчим) нь электрон ялгаруулж, дараагийнх болж хувирдаг. трансуран элемент — плутони:

Плутонийн хагас задралын хугацаа 24000 жил бөгөөд түүний хамгийн чухал шинж чанар нь удаан нейтроны нөлөөн дор изотоптой адил хуваагдах чадвар юм.Плутонийн тусламжтайгаар ялгарах гинжин урвал явагдах боломжтой. их хэмжээнийэрчим хүч.

Гинжин урвал нь асар их энерги ялгарах дагалддаг; цөм бүрийн хуваагдал нь 200 МэВ ялгаруулдаг. 1 ураны цөм задрахад 3 нүүрс буюу 2.5 тонн газрын тос шатаахтай ижил энерги ялгардаг.

Хуваалтын гинжин урвалын механизмыг авч үзье. Нейтроны нөлөөн дор хүнд цөмүүдийг задлахад шинэ нейтронууд үүсдэг. Жишээлбэл, ураны 92 U 235 цөмийн хуваагдал бүрт дунджаар 2.4 нейтрон гарч ирдэг. Эдгээр нейтронуудын зарим нь цөмийн хуваагдлыг дахин үүсгэж болно. Ийм нуранги шиг үйл явц гэж нэрлэдэг гинжин урвал .
Явах гинжин урвал нь нейтрон үржих процесс явагддаг орчинд явагддаг. Энэ орчин гэж нэрлэгддэг идэвхтэй бүс ... Нейтроны үржлийн эрчмийг тодорхойлдог хамгийн чухал физик хэмжигдэхүүн юм дунд нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл k ∞. Үржүүлэх коэффициент нь нэг үеийн нейтроны тоог өмнөх үеийнхтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна. ∞ индекс нь үүнийг илтгэнэ ирдэгхязгааргүй хэмжээст хамгийн тохиромжтой орчны тухай. k ∞-ийн утгатай адил бид тодорхойлно физик систем дэх нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл к. k хүчин зүйл нь тодорхой суурилуулалтын шинж чанар юм.
Хязгаарлагдмал хэмжээтэй хуваагдмал орчинд нейтроны зарим хэсэг нь цөмөөс гадагш гарах болно. Иймд k коэффициент нь нейтрон цөмөөс гарахгүй байх магадлалаас Р-аас бас хамаарна. А - тэргүүн байр

k = k ∞ P.

(1)

P-ийн утга нь цөмийн бүтэц, түүний хэмжээ, хэлбэр, мөн цөмийг тойрсон бодис нейтроныг хэр хэмжээгээр тусгаж байгаагаас хамаарна.
Цөмөөс нейтрон гарах боломж нь холбоотой юм чухал ойлголтуудчухал масс ба чухал хэмжигдэхүүнүүд. Чухал хэмжээ k = 1 байх үеийн цөмийн хэмжээ. Критик масс эгзэгтэй хэмжигдэхүүнүүдийн голын масс гэж нэрлэдэг. Мэдээжийн хэрэг, эгзэгтэй хэмжээнээс доогуур масстай үед > 1 байсан ч гинжин урвал явагдахгүй нь тодорхой. Эсрэгээр, эгзэгтэй жингээс мэдэгдэхүйц илүүдэл жин нь хяналтгүй урвалд хүргэдэг - тэсрэлт.
Хэрэв эхний үед N нейтрон байгаа бол n-р үед Nk n байх болно. Тиймээс k = 1-ийн хувьд гинжин урвал хөдөлгөөнгүй явагдана, k-ийн хувьд< 1 реакция гаснет, а при k >1, урвалын эрч хүч нэмэгддэг. k = 1-ийн хувьд урвалын горимыг дуудна шүүмжлэлтэй , k> 1-ийн хувьд - хэт шүүмжлэлтэй ба к-ийн хувьд< 1 – дэд шүүмжлэл .
Нейтронуудын нэг үеийн амьдрах хугацаа нь орчны шинж чанараас ихээхэн хамаардаг бөгөөд 10-4-10-8 секундын хооронд хэлбэлздэг. Энэ цаг хугацаа бага байгаа тул хяналттай гинжин урвалыг хэрэгжүүлэхийн тулд k = 1 тэгш байдлыг маш нарийвчлалтайгаар хадгалах шаардлагатай байна, учир нь k = 1.01 үед систем бараг тэр даруй тэсрэх болно. k ∞ ба k коэффициентүүдийг ямар хүчин зүйл тодорхойлдог болохыг харцгаая.
k ∞ (эсвэл k) -ийг тодорхойлох эхний хэмжигдэхүүн нь нэг задралын үед ялгарах нейтроны дундаж тоо юм. Энэ тоо нь түлшний төрөл ба нейтроны энергиэс хамаарна. Хүснэгт 1-д дулааны болон хурдан (E = 1 МэВ) нейтронуудын цөмийн энергийн үндсэн изотопуудын утгыг харуулав.

235 U изотопын хуваагдлын нейтронуудын энергийн спектрийг Зураг дээр үзүүлэв. 1. Энэ төрлийн спектрүүд нь бүх задралын изотопуудын хувьд ижил төстэй байдаг: энерги нь хүчтэй тархалттай байдаг ба нейтроны ихэнх хэсэг нь 1-3 МэВ-ийн энергитэй байдаг. Хуваалтын үед үүссэн нейтронууд удааширч, тодорхой зайд тархаж, хуваагдалтай эсвэл хуваагдалгүйгээр шингэдэг. Орчны шинж чанараас хамааран нейтронууд шингээхээс өмнө янз бүрийн энерги хүртэл удаашрах цагтай байдаг. Сайн зохицуулагч байгаа тохиолдолд нейтронуудын дийлэнх хэсэг нь 0.025 эВ-ийн дулааны энерги хүртэл удаашрах цагтай байдаг. Энэ тохиолдолд гинжин урвал гэж нэрлэдэг удаан, эсвэл аль нь адилхан, дулааны... Тусгай зохицуулагч байхгүй тохиолдолд нейтронууд зөвхөн 0.1-0.4 МэВ энерги хүртэл удаашрах цагтай байдаг, учир нь бүх задралын изотопууд хүнд байдаг тул удаашруулдаг. Харгалзах гинжин урвалыг нэрлэдэг хурдан("хурдан" ба "удаан" эпитетүүд нь урвалын хурдыг бус харин нейтроны хурдыг тодорхойлдог гэдгийг бид онцлон тэмдэглэв). Нейтроныг хэдэн араваас нэг кеВ хүртэл энерги болгон удаашруулдаг гинжин урвалыг гэнэ. завсрын .
Нейтрон хүнд цөмтэй мөргөлдөх үед нейтрон (n, γ) цацрагаар баригдах нь үргэлж боломжтой байдаг. Энэ процесс нь хуваагдалтай өрсөлдөж, үржүүлгийн хүчин зүйлийг багасгах болно. Эндээс k ∞, k коэффициентүүдэд нөлөөлж буй хоёр дахь физик хэмжигдэхүүн нь нейтроныг задралын изотопын цөмд барих үед хуваагдах магадлал юм. Моноэнергетик нейтроны хувьд энэ магадлал тэнцүү байх нь ойлгомжтой

(2)

Энд nf, nγ нь тус тус хуваагдах ба цацрагийн авах хөндлөн огтлол юм. Явах үйлдэлд ногдох нейтроны тоо болон цацраг идэвхт бодист баригдах магадлалыг хоёуланг нь харгалзан үзэхийн тулд η коэффициентийг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь хуваагдмал цөмд нэг нейтрон барих үед хоёрдогч нейтроны дундаж тоотой тэнцүү байна.

(3)

η-ийн утга нь түлшний төрөл ба нейтроны энергиээс хамаарна. Дулааны болон хурдан нейтроны хувьд хамгийн чухал изотопуудын η утгыг ижил хүснэгтэд өгсөн болно. 1. η хэмжигдэхүүн нь түлшний цөмийн хамгийн чухал шинж чанар юм. Гинжин урвал нь зөвхөн η> 1 үед явагдана. η-ийн утга өндөр байх тусам түлшний чанар өндөр болно.

Хүснэгт 1. Хагарах изотопуудын хувьд ν, η-ийн утгууд

Гол		92 U 233	92 U 235	94 Pu 239
Дулааны нейтронууд (E = 0.025 эВ)	ν	2.52	2.47	2.91
Дулааны нейтронууд (E = 0.025 эВ)	η	2.28	2.07	2.09
Хурдан нейтронууд (E = 1 МэВ)	ν	2.7	2.65	3.0
Хурдан нейтронууд (E = 1 МэВ)	η	2.45	2.3	2.7

Цөмийн түлшний чанар нь түүний хүртээмж, η коэффициентээр тодорхойлогддог. Байгальд цөмийн түлш эсвэл түүнийг үйлдвэрлэх түүхий эд болох гурван изотоп л байдаг. Энэ нь торийн 232 Th изотоп ба ураны 238 U ба 235 U изотопууд юм. Эдгээрээс эхний хоёр нь гинжин урвал өгөхгүй, харин урвал явагдах изотоп болгон боловсруулж болно. 235 U изотоп нь өөрөө гинжин урвал үүсгэдэг. В газрын царцдастори нь уранаас хэд дахин их. Байгалийн тори нь бараг нэг изотопоос бүрддэг, 232 Th. Байгалийн уран нь голчлон 238 U изотопоос бүрддэг ба 235 U изотопын ердөө 0.7%-ийг эзэлдэг.
Практикт 235 U цөмд 140 238 U цөм байдаг ураны изотопын байгалийн хольц дээр гинжин урвал явуулах боломжийн тухай асуудал нэн чухал бөгөөд байгалийн хольцод удаан урвал явагдах боломжтой гэдгийг харуулъя. , гэхдээ хурдан нь тийм биш юм. Байгалийн хольц дахь гинжин урвалыг авч үзэхийн тулд 235 U изотопын нэг цөмд хамаарах дундаж нейтрон шингээлтийн хөндлөн огтлолын шинэ утгыг нэвтрүүлэх нь тохиромжтой.

Дулааны нейтроны хувьд = 2.47, = 580 амбаар, = 112 амбаар, = 2.8 амбаар (сүүлийн хөндлөн огтлолын жижиг байдлыг анхаарна уу). Эдгээр тоог (5)-д орлуулснаар байгалийн хольц дахь удаан нейтронуудын хувьд болохыг олж мэднэ

Энэ нь байгалийн холимогт шингэсэн 100 дулааны нейтрон 132 шинэ нейтрон үүсгэнэ гэсэн үг юм. Эндээс харахад удаан нейтрон дээр гинжин урвал явагдах нь зарчмын хувьд байгалийн уран дээр боломжтой юм. Зарчмын хувьд гинжин урвалыг бодитоор хэрэгжүүлэхийн тулд бага алдагдалтай нейтроныг удаашруулах чадвартай байх ёстой.
Хурдан нейтроны хувьд ν = 2.65, 2 амбаар, 0.1 амбаар. Хэрэв бид зөвхөн 235 U изотопын задралыг харгалзан үзвэл бид олж авна

235 (хурдан) 0.3.

(7)

Гэхдээ 1 МэВ-ээс дээш энергитэй хурдан нейтронууд нь 238 U изотопын цөмийг мэдэгдэхүйц харьцангуй эрчимтэй хувааж чаддаг бөгөөд тэдгээрийн байгалийн хольцод маш их байдаг гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. 238 U-д хуваахад коэффициент нь ойролцоогоор 2.5 байна. Явах спектрийн хувьд нейтронуудын 60 орчим хувь нь 238 U-аар хуваагдахад 1.4 МэВ-ийн үр дүнтэй босго хэмжээнээс давсан энергитэй байдаг. Гэвч эдгээр 60%-ийн 5 нейтроноос зөвхөн нэг нь босго хэмжээнээс доогуур энерги хүртэл удаашрахгүйгээр хуваагдлыг үүсгэж чаддаг. уян харимхай ба ялангуяа уян хатан бус тархалтын улмаас. Тиймээс 238 (хурдан) коэффициентийн хувьд бид тооцооллыг олж авдаг

Тиймээс байгалийн холимог дахь гинжин урвал (235 U + 238 U) хурдан нейтронтой хамт үргэлжилж чадахгүй. Цэвэр ураны металлын хувьд 5.56% баяжуулахад үржүүлэх хүчин зүйл нэгдмэл байдгийг туршилтаар тогтоосон. Практикт хурдан нейтроны урвалыг зөвхөн 235 U изотопын дор хаяж 15% агуулсан баяжуулсан хольцоор хадгалах боломжтой болж байна.
Ураны изотопуудын байгалийн хольцыг 235 U изотопоор баяжуулж болно. Баяжуулах нь нарийн төвөгтэй бөгөөд өндөр өртөгтэй процесс юм. Химийн шинж чанарХоёр изотоп нь бараг ижил байдаг. Бид изотопуудын массын ялгаанаас үүдэлтэй химийн урвалын хурд, тархалт гэх мэт бага зэргийн ялгааг ашиглах ёстой. 235 U-ийн гинжин урвал нь бараг үргэлж байдаг орчинд явагддаг өндөр агуулгатай 238 U. Байгалийн изотопын хольцыг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд үүнд дулааны нейтроны бүсэд η = 1.32 байдаг, учир нь 238 U нь бас ашигтай байдаг. 238 U изотоп нь 1 МэВ-ээс дээш энергитэй нейтронуудаар хуваагддаг. Энэ хуваагдал нь нейтроны жижиг нэмэлт үржлийг бий болгодог.
Дулааны болон хурдан нейтрон дээрх хуваагдлын гинжин урвалыг харьцуулцгаая.
Дулааны нейтроны хувьд барих хөндлөн огтлол нь том бөгөөд нэг цөмөөс нөгөөд шилжихэд ихээхэн ялгаатай байдаг. Зарим элементийн цөмд (жишээлбэл, кадми дээр) эдгээр хөндлөн огтлолууд нь хөндлөн огтлолоос 235 U-ээс хэдэн зуу дахин их байдаг. Тиймээс дулааны нейтроны суурилуулалтын цөмд зарим хольцтой холбоотой өндөр цэвэршилтийн шаардлага тавигддаг. .
Хурдан нейтронуудын хувьд бүх барих хөндлөн огтлол нь жижиг бөгөөд бие биенээсээ тийм ч их ялгаатай байдаггүй тул материалын өндөр цэвэршилттэй холбоотой асуудал үүсэхгүй. Хурдан урвалын өөр нэг давуу тал нь нөхөн үржихүйн өндөр хурд юм.
Дулааны урвалын чухал онцлог шинж чанар нь цөм дэх түлш нь илүү шингэрсэн байдаг, өөрөөр хэлбэл хурдан урвалаас илүү түлшний цөмд хуваагдахад оролцдоггүй цөмүүд хамаагүй олон байдаг. Жишээлбэл, байгалийн уран дээр үүсэх дулааны урвалд 235 U түлшний цөмд 238 U түүхий эдээс 140 цөм унах ба хурдан урвалд 235 U цөмд тав эсвэл зургаагаас илүүгүй 238 U цөм унах боломжтой. мөн ижил энерги нь дулааны урвалаар хурдан ялгардаг бодисоос хамаагүй их хэмжээний бодист ялгардаг. Тиймээс дулааны урвалын идэвхтэй бүсээс дулааныг зайлуулах нь илүү хялбар байдаг бөгөөд энэ нь энэхүү урвалыг хурдан явагдахаас илүү эрчимтэй явуулах боломжтой болгодог.
Хурдан урвалын нэг үеийн нейтроны ашиглалтын хугацаа нь дулааныхаас хэд хэдэн удаа богино байдаг. Тиймээс цөм дэх физик нөхцөл өөрчлөгдсөний дараа хурдан урвалын хурд маш богино хугацаанд мэдэгдэхүйц өөрчлөгдөж болно. At хэвийн ажилРеакторын хувьд энэ нөлөөлөл нь ач холбогдолгүй, учир нь энэ тохиолдолд ажиллах горим нь шуурхай нейтронуудын ашиглалтын хугацаагаар тодорхойлогддог.
Зөвхөн ижил төрлийн хуваагдмал изотопуудаас бүрдэх нэгэн төрлийн орчинд үржүүлэх хүчин зүйл нь η-тэй тэнцүү байх болно. Гэсэн хэдий ч бодит нөхцөл байдалд задардаг цөмүүдээс гадна өөр хуваагддаггүй цөмүүд үргэлж байдаг. Эдгээр гадаад цөмүүд нейтроныг барьж, улмаар үржих хүчин зүйлд нөлөөлнө. Эндээс k ∞, k коэффициентүүдийг тодорхойлдог гурав дахь хэмжигдэхүүн нь нейтроныг задрахгүй цөмүүдийн аль нэгэнд барихгүй байх магадлал юм. Бодит суулгацуудад "гадны" баригдалт нь зохицуулагчийн цөм, янз бүрийн гол цөм дээр тохиолддог. бүтцийн элементүүд, түүнчлэн задралын бүтээгдэхүүн, барьж авах бүтээгдэхүүний цөм дээр.
Удаан нейтрон дээр гинжин урвал явуулахын тулд задралын нейтроныг дулааны болгон хувиргах тусгай бодисыг үндсэн хэсэгт оруулдаг. Практикт удаан нейтрон дээрх гинжин урвалыг байгалийн болон бага зэрэг баяжуулсан 235 U изотопын уран дээр явуулдаг. Цөмд 238 U изотоп их хэмжээгээр агуулагдаж байгаа нь удаашруулах үйл явцыг улам хүндрүүлж, зохицуулагчийн чанарт өндөр шаардлага тавих шаардлагатай болдог. Дунд зэргийн цөм дэх нейтроны нэг үеийн амьдралыг ойролцоогоор хоёр үе шатанд хувааж болно: дулааны энергийн бууралт ба тархалт c. шингээхээс өмнөх дулааны хэмжээ. Нейтроны үндсэн хэсэг нь шингээлтгүйгээр удаашрах цагтай байхын тулд нөхцөлийг хангах шаардлагатай.

Энд σ el, σ барих нь уян харимхай сарниулах ба барьж авах эрчим хүчний дундаж хөндлөн огтлол, n нь дулааны энергид хүрэхэд шаардагдах зохицуулагч цөмтэй нейтроны мөргөлдөөний тоо юм. Зохицуулагчийн массын тоо нэмэгдэхийн хэрээр n тоо хурдан өсдөг. 238 U ураны хувьд n тоо нь хэдэн мянгатай тэнцүү байна. Хурдан нейтроны энергийн харьцангуй таатай бүсэд ч гэсэн энэ изотопын σ el / σ барих харьцаа 50-аас хэтрэхгүй. 1 кеВ-ээс 1 эВ хүртэлх резонансын бүс нутаг нь ялангуяа нейтроны хувьд "аюултай" юм. барих. Энэ бүсэд 238 U цөмтэй нейтроны харилцан үйлчлэлийн нийт хөндлөн огтлол нь олон тооны хүчтэй резонанстай байдаг (Зураг 2). Бага энергитэй үед цацрагийн өргөн нь нейтроноос давдаг. Тиймээс резонансын бүсэд σ el / σ барих харьцаа нь нэгдмэл байдлаас ч бага болно. Энэ нь резонансын аль нэг мужид ороход нейтрон бараг зуун хувийн магадлалтайгаар шингэдэг гэсэн үг юм. Уран шиг хүнд цөм дээрх удаашрал нь резонансын бүсээр дамжин өнгөрөхдөө "жижиг алхамаар" явагддаг тул зохицуулагч нейтрон резонансын аль нэгэнд "бүдэрч" шингэх нь гарцаагүй. Иймээс байгалийн уран дээр хольцгүй гинжин урвал явуулах боломжгүй: η коэффициент бага тул хурдан нейтрон дээр урвал явагдахгүй, удаан нейтрон үүсэх боломжгүй. удаашруулахын тулд маш хөнгөн цөмүүдийг ашиглах хэрэгтэй бөгөөд энэ үед удаашрал нь "том алхам" хийдэг бөгөөд энэ нь резонансын энергийн бүсэд нейтрон амжилттай "гулсах" магадлалыг эрс нэмэгдүүлдэг. Хамгийн сайн зохицуулагч элементүүд нь устөрөгч, дейтерий, бериллий, нүүрстөрөгч юм. Тиймээс практикт ашигладаг зохицуулагчдыг голчлон хүнд ус, бериллий, бериллийн исэл, бал чулуу, түүнчлэн энгийн ус болгон бууруулж, хүнд устай харьцуулахад нейтроныг удаашруулдаг боловч илүү их хэмжээгээр шингээдэг. Сааруулагчийг сайтар цэвэрлэж байх ёстой. Удаан урвал явагдахын тулд зохицуулагч нь 238 U цөмтэй нейтронуудын резонансын мөргөлдөөнөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд ураныхаас хэдэн арав, бүр хэдэн зуу дахин том байх ёстойг анхаарна уу.

Идэвхтэй орчны удаашруулах шинж чанарыг ойролцоогоор гурван хэмжигдэхүүнээр тодорхойлж болно: нейтрон удаашруулах үед зохицуулагч шингээхээс зайлсхийх магадлал, 238 U цөмөөр резонансын анивчахаас зайлсхийх магадлал p, дулааны нейтроны хувьд f. зохицуулагч биш харин түлшний цөмд шингээнэ. f хэмжигдэхүүнийг ихэвчлэн коэффициент гэж нэрлэдэг дулааны хэрэглээ... Эдгээр хэмжээг нарийн тооцоолоход хэцүү байдаг. Ихэвчлэн тэдгээрийг тооцоолохдоо ойролцоогоор хагас эмпирик томъёог ашигладаг.

P ба f утгууд нь зохицуулагчийн харьцангуй хэмжээнээс гадна түүний цөмд байрлуулах геометрээс хамаарна. Уран ба зохицуулагчийн нэгэн төрлийн холимогоос бүрдэх цөмийг нэгэн төрлийн гэж нэрлэдэг ба уран ба зохицуулагчийн ээлжлэн блокуудын системийг гетероген гэж нэрлэдэг (Зураг 4). Чанарын хувьд нэг төрлийн бус систем нь уранд үүссэн хурдан нейтрон нь резонансын энергид хүрэхгүйгээр зохицуулагч руу зугтаж чаддагаараа ялгагдана. Цаашдын удаашрал нь цэвэр зохицуулагч дээр явагддаг. Энэ нь резонанс барихаас зайлсхийх магадлалыг p-ийг нэмэгдүүлдэг

p het> p hom.

Нөгөөтэйгүүр, зохицуулагч дахь дулааны шинж чанартай болсны дараа нейтрон нь цэвэр зохицуулагчд шингэхгүйгээр гинжин урвалд оролцохын тулд түүний хил хязгаар хүртэл тархах ёстой. Тиймээс нэгэн төрлийн бус орчинд f дулааны ашиглалтын коэффициент нь нэгэн төрлийнхээс бага байна.

f gett< f гом.

Дулааны реакторын үржүүлэх коэффициент k ∞-ийг тооцоолохын тулд ойролцоогоор дөрвөн хүчин зүйлийн томъёо

k ∞ = η pfε .

(11)

Бид эхний гурван хүчин зүйлийг өмнө нь авч үзсэн. ε хэмжигдэхүүнийг нэрлэдэг хурдан нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл ... Зарим хурдан нейтронууд удаашрах цаггүйгээр задрал үүсгэж чаддаг гэдгийг харгалзан үзэхийн тулд энэ коэффициентийг нэвтрүүлсэн. Үүний утгаараа ε коэффициент нь үргэлж нэгээс их байдаг. Гэхдээ энэ илүүдэл нь ихэвчлэн бага байдаг. Дулааны урвалын хувьд ердийн ε = 1.03 байна. Хурдан урвалын хувьд коэффициент бүр нь эрчим хүчээс хамаардаг бөгөөд хурдан урвалын үед энергийн тархалт маш их байдаг тул дөрвөн хүчин зүйлийн томъёог ашиглах боломжгүй юм.
η-ийн утгыг түлшний төрлөөр тодорхойлдог бөгөөд удаан урвалын хувьд ε-ийн утга нь нэгдмэл байдлаас бараг ялгаатай байдаггүй тул тодорхой идэвхтэй орчны чанарыг pf бүтээгдэхүүнээр тодорхойлно. Иймээс нэгэн төрлийн бус орчны нэг төрлийнхээс давуу тал нь жишээлбэл, байгалийн ураны цөмд 215 бал чулууны цөм байдаг системд pf бүтээгдэхүүн нь гетероген орчинд 0.823, 0.595 байдагт тоон хувьд илэрдэг. нэгэн төрлийн. Байгалийн хольцын хувьд η = 1.34 тул гетероген орчинд k ∞> 1, нэгэн төрлийн k ∞ бол үүнийг олж авна.< 1.
Хөдөлгөөнгүй гүйдлийн гинжин урвалыг практикт хэрэгжүүлэхийн тулд энэ урвалыг хянах чадвартай байх шаардлагатай. Энэ хяналт нь задралын үед хойшлогдсон нейтрон ялгардаг тул маш хялбаршуулсан. Нейтронуудын дийлэнх нь цөмөөс бараг тэр дороо (өөрөөр хэлбэл цөм дэх нейтрон үүсэх хугацаанаас олон тооны дарааллаар богино хугацаанд) зугтдаг боловч нейтроны аравны хэдэн хувь нь хойшлогдож, цөмөөс ялгардаг. - нэлээд урт хугацааны интервалын дараа фрагментууд - бутархай секундээс хэдэн эсвэл бүр хэдэн арван секунд хүртэл. Хойшлуулсан нейтроны нөлөөг чанарын хувьд дараах байдлаар тайлбарлаж болно. Үржүүлэх хүчин зүйл нь критикийн дэд утгаас хэт эгзэгтэй утга хүртэл шууд өсөхөд k< 1 при отсутствии запаздывающих нейтронов. Тогда, очевидно, цепная реакция начнется не сразу, а лишь после вылета запаздывающих нейтронов. Тем самым процесс течения реакции будет регулируемым, если время срабатывания регулирующих устройств будет меньше сравнительно большого времени задержки запаздывающих нейтронов, а не очень малого времени развития цепной реакции. Доля запаздывающих нейтронов в ядерных горючих колеблется от 0.2 до 0.7%. Среднее время жизни запаздывающих нейтронов составляет приблизительно 10 с. При небольшой степени надкритичности скорость нарастания интенсивности цепной реакции определяется только запаздывающими нейтронами.
Гинжин урвалд оролцдоггүй цөмүүд нейтроныг барьж авах нь урвалын эрчмийг бууруулдаг боловч шинэ хуваагдмал изотопууд үүсэхэд ашигтай байж болно. Ийнхүү нейтроныг уран 238 U ба торийн 232 Th изотопуудад шингээхэд плутони 239 Pu ба уран 233 U изотопууд (хоёр дараалсан β задралаар) үүсдэг бөгөөд эдгээр нь цөмийн түлш юм.

(12)

(13)

Энэ хоёр хариу үйлдэл нь бодит боломжийг бий болгож байна цөмийн түлшний нөхөн үйлдвэрлэл гинжин урвалын явцад. Тохиромжтой тохиолдолд, өөрөөр хэлбэл нейтроны шаардлагагүй алдагдал байхгүй тохиолдолд нейтроныг түлшний цөмөөр шингээх үйлдэл бүрт дунджаар 1 нейтроныг нөхөн үржихэд зарцуулж болно.

Цөмийн (атомын) реакторууд

Реактор нь хуваагдлын гинжин урвалыг удирддаг төхөөрөмж юм. Реакторыг ажиллуулах явцад задралын урвалын экзотермик байдлаас болж дулаан ялгардаг. Реакторын гол шинж чанар нь түүний хүч юм - цаг хугацааны нэгжид ялгарах дулааны энергийн хэмжээ. Реакторын хүчийг мегаваттаар (10 6 Вт) хэмждэг. 1 МВт чадал нь секундэд 3 × 10 16 задралын үйл явц явагддаг гинжин урвалтай тохирч байна. Байна олон тооны янз бүрийн төрөлреакторууд. Дулааны реакторын ердийн схемүүдийн нэгийг Зураг дээр үзүүлэв. 5.
Реакторын гол хэсэг нь цөм бөгөөд үүнд урвал явагдаж энерги ялгардаг. Дулааны болон завсрын нейтроны реакторуудад цөм нь ихэвчлэн задрахгүй изотоп (ихэвчлэн 238 U) холилдсон түлш, зохицуулагчаас бүрдэнэ. Хурдан реакторуудын цөмд зохицуулагч байдаггүй.
Цөмийн эзэлхүүн нь зарим хурдан реакторуудад литрийн аравны нэгээс том дулааны реакторуудад хэдэн арван шоо метр хүртэл хэлбэлздэг. Нейтроны нэвчилтийг багасгахын тулд цөм нь бөмбөрцөг эсвэл бараг бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг (жишээлбэл, диаметртэй ойролцоо өндөртэй цилиндр эсвэл шоо).
Түлш ба зохицуулагчийн харьцангуй байрлалаас хамааран нэгэн төрлийн ба гетероген реакторуудыг ялгадаг. Нэг төрлийн цөмийн жишээ нь энгийн буюу хүнд усанд уранил сульфатын давс ба U 2 SO 4-ийн уусмал юм. Гетероген реакторууд илүү түгээмэл байдаг. Гетероген реакторуудад цөм нь түлш агуулсан кассетуудыг байрлуулсан зохицуулагчаас бүрдэнэ. Эдгээр кассетуудад энерги нь яг ялгардаг тул тэдгээрийг нэрлэдэг түлшний элементүүд эсвэл товчилсон түлшний саваа... Цацруулагч цөм нь ихэвчлэн ган бүрхүүлд хаалттай байдаг.

Цөмийн реакторыг удирдахад саатсан нейтроны үүрэг