1 of 24

ЛАНЦЮГОВА РЕАКЦІЯ ПОДІЛУ ЯДЕР УРАНУ. ТЕРМОЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ.

Наука складається з фактів, як будинок із каменів, але набір фактів ще не наука, так само, як купа каміння ще не будинок.

А.Пуанкаре

2 of 24

ТРОХИ ІСТОРІЇ

1934 р. Енріко Фермі при опромінюванні урану тепловими нейтронами виявив серед продуктів реакції невідомі радіоактивні ядра.

Лео Сциллард у 1933 році висуває теорію ланцюгової ядерної реакції. У 1934 році отримує патент на створення ядерного реактора ділення .

1939 р. О.Ган та Ф. Штрассман встановлюють,що одне з радіоактивних ядер – Барій.

3 of 24

1939 рік Л.Мейтнер і О.Фріш – уран, під дією нейтронів, поділяється на два приблизно однакові за масою осколки.

Я.Френкель – розвиває крапельну теорію поділу урану під дією теплових нейтронів.

1939 р. Е.Фермі, Л.Сциллард, Дж. Уіллер, Ф. Жоліо-Кюрі, Я.Зельдович, Ю.Харитон доводять, що в урані можливо протікання ланцюгової реакції поділу.

4 of 24

ПЕРШІ ПРАКТИЧНІ КРОКИ

1940 р. Г.Фльоров, К. Петржак – спонтанне ділення ядер урану.

1942 р. Е. Фермі – здійснює керовану ланцюгову реакцію поділу на першому атомному реакторі.

1945 р. Перше випробування ядерної зброї (некерована ланцюгова реакція): Хіросима і Нагасакі.

1946 р. Під керівництвом І.В.Курчатова починає працюватии перший у Європі ядерний реактор.

1954 р. – введена в експлуатацію перша атомна електростанція (керована ланцюгова реакція).

5 of 24

ПОДІЛ УРАНУ

У природній урановій руді існує декілька основних ізотопів:

Під дією нейтронів різних енергій може ділитися тільки уран 235, уран 238 ділиться тільки під дією дуже швидких нейтронів, при цьому ККД становить лише 20 %.

6 of 24

�РЕАКЦІЇ ПОДІЛУ УРАНУ

8 of 24

ЛАНЦЮГОВА РЕАКЦІЯ

Нейтрони першого покоління

Нейтрони другого покоління

9 of 24

КОЕФІЦІЄНТ РАЗМНОЖЕННЯ НЕЙТРОНІВ

Відношення кількості нейтронів, які викликають поділ у даному та попередньому поколіннях називається коефіцієнтом розмноження нейтронів k.

Якщо k>1 – некерована ланцюгова реакція, що призводить до вибуху

Якщо k=1 – керована ланцюгова реакція, яка може протікати достатньо довгий час.

Якщо k<1 – реакція швидко згасає.

При поділу одного атому урану 235, виділяється 208 МеВ енергії.

10 of 24

КРИТИЧНА МАСА

Для здійснення ланцюгової реакції природний уран необхідно «збагатити» ізотопом урану 235 – створити критичну масу.

Критична маса – це найменша маса речовини, при якій може відбуватися ланцюгова реакція.

Для урана 235 ця маса дорівнює 50 кг.

Для плутонию 239 – 11 кг.

11 of 24

ЯДЕРНИЙ РЕАКТОР

Ядерним реактором називається пристрій, в якому здійснюється і підтримується керована ланцюгова реакція поділу деяких важких ядер.

12 of 24

ОСНОВНІ ЕЛЕМЕНТИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

ядерне пальне (уран 235, уран 238, плутоній-239);
сповільнювач нейтронів (важка вода, графіт);
теплоносій для виведення енергії, що утворюється при роботі реактора (вода, рідкий натрій);
регулюючі стрижні (бор, кадмій) - сильно поглинають нейтрони;
захисна оболонка, що затримує випромінювання (бетон із залізним наповнювачем).

13 of 24

ЯДЕРНИЙ РЕАКТОР. ПРИНЦИП РОБОТИ АЕС.

15 of 24

АТОМНА ЕНЕРГЕТИКА УКРАЇНИ

Ядерна енергетика України — галузь української енергетики, яка використовує ядерну енергію для виробництва електричної і теплової енергії.

Кількість реакторів, що будуються: 5

Кількість реакторів у роботі: 15

Кількість зупинених або закритих реакторів: 4

Загальна потужність: 13835 МВт

‎Рівненська АЕС · ‎Запорізька АЕС · ‎Хмельницька АЕС · ‎Південноукраїнська АЕС

16 of 24

ТЕРМОЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ

Реакції злиття легких ядер, яке відбувається при високих температурах і супроводжується виділенням енергії.

При термоядерній реакції виділяється енергії у декілька разів більше ніж при реакції поділу урану.

17 of 24

ТИПИ ТЕРМОЯДЕРНИХ РЕАКЦІЙ

Повільна, яка відбувається у надрах Сонця та зірок. За рахунок високого тиску у середині зірки вона протікає при температурах 15000000ᵒК.

19 of 24

ТИПИ ТЕРМОЯДЕРНИХ РЕАКЦІЙ

2. Швидка некерована термоядерна реакція, яка підтримує сама себе. Відбувається у результаті вибуху термоядерної бомби.

3. Керована термоядерна реакція – поки що не має можливості здійснити. Для здійснення керованого термоядерного синтезу необхідно створити умови для створення та утримання високотемпературної плазми за допомогою електромагнітного поля.

20 of 24

ТОКАМАК - АБРЕВІАТУРА

1950 рік І.Є.Тамм, О.Д.Сахаров, Л.Спитцер.

Отримали плазму з параметрами:

Температура концентрація час стабілізації

T = 10⁷K; n≈8⸱10¹⁹ м^-3; τ≈ 0,06с

T = 10⁸K; n≈7,5⸱10²⁰ м^-3; τ≈ 0,02с

Тороїдальна

Камера

Магнітна

Катушка

21 of 24

СУЧАСНА БУДОВА ТОКАМАК

Південно-Корейський Токамак

Внутрішня будова

китайського Токамака

22 of 24

ПРИРОДНІ ЯДЕРНІ ТА ТЕРМОЯДЕРНІ РЕАКТОРИ

Останній на нашій планеті – природний атомний реактор Окло – перестав діяти 1,7 мільярди років тому, однак і досі дихає радіацією.

Термоядерні реакції відбуваються у надрах зірок.