ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сечение деления и практическое осуществление цепного ядерного процесса из "Введение в ядерную физику " Уже из этого очень грубого рассмотрения следует, что 4/5 нейтронов деления выпадают из игры, т. е. цепная реакция на быстрых нейтронах в возможна только в том случае, если при делении возникает по крайней мере пять вторичных нейтронов (v 5). Так как v 2- 3, то эта задача оказывается невыполнимой. [c.382] Возможность использования урана для получения энергии появилась после того, как была обнаружена способность делиться под действием тепловых нейтронов. Отсутствие порога для реакции деления g2U делает процесс неупругого рассеяния нейтронов неопасным для развития цепной реакции, в результате чего она становится возможной на чистом изотопе При этом оказывается, что цепную реакцию с участием чистого можно повести как на быстрых так и на предварительно замедленных нейтронах (так как роль другого мешающего фактора — резонансного захвата медленных нейтронов — относительно невелика). [c.382] Таким образом, при наличии достаточно большого количества чистого изотопа можно решить обе задачи получение цепного процесса взрывного типа, т. е. создание сверхразрушитель-ного оружия — атомной бомбы, и получение управляемого цепного процесса, который можно использовать в народном хозяйстве как источник энергии. [c.382] Что касается управляемого цепного процесса, то его удалось осуществить значительно раньше (к концу 1942 г.) на естественной смеси изотопов урана. [c.382] Этот результат впоследствии был подтвержден измерением сечения деления в функции от энергии нейтронов для изотопа 92112 5 (рис. 158). Современное значение сечения деления 92IJ235 тепловыми нейтронами равно 582-10 2 см . [c.383] Столь большая величина сечения деления 92IJ235 приводит к тому, что вероятность деления урана в тепловой области оказывается сравнимой с вероятностью резонансного захвата (т. е. радиационного захвата ядрами урана нейтронов в процессе их замедления). И это несмотря на то, что в процессе резонансного захвата участвуют все ядра урана, а в процессе деления только 1/140 их часть. [c.383] В связи с этим возникла мысль о создании управляемого цепного процесса на базе изотопа без предварительного выделения его из естественной смеси изотопов. [c.383] Принципиальная схема получения цепного процесса очень проста. Вторичные нейтроны, возникшие в результате деления ядра урана (например, под действием космических лучей или спонтанным образом), замедляются до тепловой энергии и захватываются ядрами изотопа 92U235, приводя их к делению с образованием новых вторичных нейтронов, которые снова замедляются и т. д. [c.383] Чтобы устранить вредную роль резонансного захвата, можно применить в качестве замедлителя другое вещество с малой массой, с очень малым сечением радиационного захвата и большим сечением рассеяния. Разбавление урана замедлителем с такими свойствами должно заметно снизить роль резонансного захвата (так как при столкновении с легкими ядрами замедлителя нейтрон будет терять свою энергию большими порциями, чем при столкновениях с тяжелыми ядрами урана), в результате чего гораздо большая часть нейтронов будет благополучно замедляться до тепловых энергий. Тем не менее, если смесь урана с замедлителем однородна, роль резонансного захвата остается довольно большой, так как нейтрон любой промежуточной энергии (в том числе и резонансной) всегда может встретить на своем пути ядро 92U и поглотиться им без деления. [c.384] Это препятствие преодолевается при использовании вместо однородной смеси из урана и замедлителя решетки, состоящей из замедлителя с периодически расположенными в нем кусками (блоками) урана. Если расстояние между блоками достаточно велико, то вторичный нейтрон, вылетев из одного блока, попадет в другой только после того, как пройдет достаточно большой путь замедления в замедлителе и выйдет за пределы резонансной области энергии. В связи с этим вероятность радиационного (резонансного) захвата нейтронов в уране существенно снижает- я, и становится возможным цепной процесс в естественном уране. [c.384] Именно такими параметрами обладал первый ядерный реактор, пущенный Ферми в декабре 1942 г. в Чикаго. [c.385] Сходными параметрами обладал и первый советский ядерный реактор, построенный и запущенный под руководством И. В. Курчатова несколько позже. В обоих реакторах в качестве замедлителя использовался графит, который подвергли чрезвычайно тщательной очистке (особенно от примесей кадмия и бора, сильно поглощающих тепловые нейтроны). Графит был изготовлен -в виде брусков с отверстиями для урановых блоков и плотно уложен в штабель, форму которого старались прибли зить к сферической (для уменьшения относительной вероятности вылета нейтронов за пределы установки, т. е. для уменьшения ее критических размеров). [c.385] Управление первыми реакторами производилось при помощи специальных стержней, сделанных из материалов, сильно поглощающих тепловые нейтроны (кадмий, бор). При введении стержней в область, занятую решеткой активная зона), цепная реакция прекращалсь из-за сильного поглощения тепловых нейтронов кадмием или бором. [c.385] Следует заметить, что управление цепным процессом оказалось сравнительно простой задачей в связи с тем, что некоторые нейтроны деления являются запаздывающими. [c.385] Влияние запаздывающих нейтронов проявляется также Е том. что после введения в реактор кадмиевого поглотителя цепной процесс прекращается не сразу, а постепенно. [c.386] В настоящее время имеется очень много разнообразных конструкций ядерных реакторов, работающих на тепловых, промежуточных и быстрых нейтронах. [c.387] В тепловых реакторах основная часть делений происходит под действием тепловых нейтронов, в промежуточных реакторах— под действием нейтронов с промежуточной энергией (1 —1000 эв), а в быстрых — под действием быстрых нейтронов (Т 10 000 эв). [c.387] Активная зона тепловых п промежуточных реакторов состоит из горючего и замедлителя. Замедлителем кроме уже упомянутого графита может быть тяжелая и обычная вода (обычная вода не пригодна, если горючим является естественный уран), бериллий и его окись, а также некоторые органические вещества. [c.387] Ядерные реакторы на быстрых нейтронах не содержат замедлителя. [c.387] Ядерное топливо используется в твердом, жидком и керамическом (окись, карбид) виде. [c.387] Вернуться к основной статье