Страница 2
Однако запасы урана в месторождениях с высокой его концентрацией в руде (0,1% и более) невелики – 10-20 млн. т., так что по мере роста мощностей АЭС пришлось бы использовать более бедные руды с соответствующим удорожанием ядерной энергии. Чтобы избежать этого, разрабатываются способы воспроизводства ядерного горючего путем переработки 238U в искусственное ядерное горючее 239Pu по реакции: .
Поскольку v > 2, можно, принять меры к снижению потерь нейтронов, создать условия, при которых количество нового горючего, появившегося в результате данной реакции, станет превышать количество сгораемого горючего.
Такое расширенное воспроизводство ядерного горючего обеспечивает в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах. Для их охлаждения нельзя использовать воду, являющуюся хорошим замедлителем нейтронов; приходится применять с этой целью жидкий метал – натрий. Существуют возможности строительства быстрых реакторов с газовым или паровым охлаждением. Первый промышленный быстрый реактор был пущен в 1972 г. в СССР в городе Шевченко.
Другой вид искусственного горючего можно получить в результате реакции: . Ядерная энергетика синтеза основана на синтезе легких ядер, протекающего при высоких температурах Т ³ 100 * 106 К, когда реагирующая среда является полностью ионизированным газом – плазмой. Изучаются различные схемы удержания горючей плазмы.
Первые опытные энергетические ректоры синтеза – термоядерные реакторы, - вероятно, будут построены к концу этого века.
В настоящее мировое производство энергии соответствует сжиганию около 10 млрд. т обычного топлива в год. В следующем веке эта величина, вероятно, возрастет в несколько раз. Ядерная энергетика способна обеспечить длительное развитие человечества без ограничений со стороны топливных ресурсов.
Ядерные реакции
Существует большое количество различных типов ядерных реакций – процессов, при которых частицы (или ядра) взаимодействуют с ядрами. Первая из таких реакций наблюдалась в 1919 г. Э. Резерфордом. Это было расщепление ядра азота быстрой альфа-частицей (ядром гелия-4):  .
Под действием бомбардирующих частиц в атомном ядре могут происходить весьма сложные процессы, приводящие к его возбуждению, вылету одного или нескольких нуклонов (как называются протоны и нейтроны вместе), иногда к полному развалу ядер. Однако в любом случае при их протекании выполняются законы сохранения электрического заряда, полного числа нуклонов, энергии, импульса и еще целого ряда величин. Так, в приведенном выше примере сохраняется электрический заряд (2 + 7 = 8 + 1) и число нуклонов (4 + 14 = 17 + 1). Реакция идет с поглощением энергии (Q= - 1 МэВ).
Законы сохранения позволяют сделать много важных выводов о протекании реакции. Обширный класс их связан с нейтронами. Эта частица – очень удобный инструмент для проникновения в глубь ядра и воздействия на него. Нейтрон не заряжен, и в отличие от заряженного протона или альфа-частицы ему не приходится преодолевать кулоновские силы отталкивания со стороны ядра. Попав в ядро, нейтрон становится участником сильного взаимодействия При это м выделяется значительная по ядерным масштабам энергия.
Для примера рассмотрим реакцию, в которой нейтрон захватывается ядром алюминия:  .
Согласно теории Бора, в которой для ядра используется модель жидкой капли, энергия, выделившаяся при захвате, распределяется между всеми частицами ядра. Капля подогревается, увеличивая свою температуру. В таком состоянии она находится довольно долго. (Правда по ядерным масштабам «долго» означает лишь время, существенно больше 10 – 20 ¸ 10 – 22 с, т. е. времени пролета нейтрона сквозь ядро.) Пока в силу случайных обстоятельств на одной частице (или на группе частиц) снова не сосредоточится энергия, достаточная, чтобы выбросить за пределы ядра. Происходит частичное испарение капли, после чего она охлаждается. Испарится могут самые разные частицы. Так в случае  в результате испарения p получается  , при испарении  и т. п.
Вероятность того, что реакция произойдет тем или иным путем, зависит возбужденного состояния ядра  , т. е. от энергии, привнесенной нейтроном. Чем она больше, тем разнообразнее способы распада.
Образование промежуточного ядра и его распада далеко не единственный механизм протекания ядерных реакций. Существует прямые процессы, в которых такие ядра не образуются, реакции термоядерного синтеза (слияние двух легких ядер в более тяжелое), сопровождающиеся большим выделением энергии, и т. п.
Ядерные реакции широко используются при получении широко используются для получения искусственных радиоактивных изотопов.
Министерство образования Украины
Одесский колледж стандартизации, метрологии и сертификации
Отделение ЭТТВ лаборатория физики
Реферат «Ядерная энергетика» студента группы Ю1ЭТ Кононенко Сергея
Оценка _ Подпись преподавателя
|