ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.02.2021
Просмотров: 1202
Скачиваний: 1
Вопрос
Вопрос
Процентное
содержание
235
U
в
естественной
смеси
составляет
0,72%.
Как
можно
увеличить
его
процентное
содержание
,
т
.
е
.
провести
обогащение
урана
?
Деление
Деление
естественной
естественной
смеси
смеси
изотопов
изотопов
урана
урана
быстрыми
быстрыми
нейтронами
нейтронами
Природный
уран
в
основном
содержит
99,28%
изотопа
U
238
92
и
0.72%
изотопа
U
235
92
.
Для
рассмотрения
цепной
реакции
на
естественной
смеси
изотопов
урана
вводят
величину
σ
:
σ
=
235
nf
σ
+
235
γ
σ
n
+
140(
238
γ
σ
n
+
238
nf
σ
)
,
верхний
индекс
указывает
массовое
число
соответствующего
изотопа
урана
,
нижний
индекс
указывает
реакцию
,
которая
происходит
при
захвате
нейтрона
.
При
делении
естественной
смеси
изотопов
урана
быстрыми
нейтронами
необходимо
учесть
деление
как
изотопа
235
U,
так
и
238
U.
При
делении
изотопа
235
U
быстрыми
нейтронами
235
235
235
235
238
238
140(
)
nf
nf
n
n
nf
γ
γ
νσ
η
σ
σ
σ
σ
=
+
+
+
Для
быстрых
нейтронов
ν
=
2.65,
235
nf
σ
=
1.2-
1.3
барн
,
238
nf
σ
=0,6
барн
,
235
n
γ
σ
≈
238
γ
σ
n
≈
0.1
барн
.
Если
учитывать
деление
только
изотопа
U
235
92
,
получим
235
быстр
η
≈
0.03.
Необходимо
дополнительно
учесть
,
что
быстрые
нейтроны
с
энергиями
больше
1.4
МэВ
могут
с
заметной
относительной
интенсивностью
делить
ядра
изотопа
U
238
92
,
которого
в
естественной
смеси
гораздо
больше
.
При
делении
U
238
92
2,5
ν
≈
.
В
спектре
деления
примерно
60%
нейтронов
имеют
энергии
выше
порога
1.4
МэВ
деления
U
238
92
.
Но
из
этих
60%
нейтронов
только
один
нейтрон
из
5
успевает
вызвать
деление
U
238
92
,
не
замедлившись
до
энергии
ниже
пороговой
за
счет
упругого
и
неупругого
рассеяния
.
Учитывая
,
что
для
быстрых
нейтронов
238
быстр
η
≈
0.6
барн
,
коэффициент
238
быстр
η
238
235
235
238
238
238
140
0, 27
140(
)
1
0,6
5
nf
nf
n
nf
n
быстр
γ
γ
νσ
σ
σ
σ
σ
η
=
⋅
⋅
≈
+
+
+
⋅
Полный
коэффициент
ест
быстр
η
для
реакции
деления
на
быстрых
нейтронах
в
естественной
смеси
изотопов
урана
равен
сумме
:
ест
235
238
быстр
быстр
быстр
0,03 0,27 0,
1
3
η
η
η
=
+
≈
=
<
+
На
быстрых
нейтронах
цепная
реакция
деления
в
естественной
смеси
изотопов
235
92
U
и
238
92
U
не
происходит
.
Деление
Деление
естественной
естественной
смеси
смеси
изотопов
изотопов
урана
урана
быстрыми
быстрыми
нейтронами
нейтронами
Деление
Деление
естественной
естественной
смеси
смеси
изотопов
изотопов
урана
урана
тепловыми
тепловыми
нейтронами
нейтронами
В
естественной
смеси
под
действием
тепловых
нейтронов
делится
только
изотоп
235
U.
Вероятность
того
,
что
тепловой
нейтрон
,
поглотившись
в
естественной
смеси
,
вызовет
деление
,
равна
235
235
235
235
238
238
+
)
140(
nf
nf
n
n
nf
nf
γ
γ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
σ
=
+
+
Умножив
эту
вероятность
на
число
ν
нейтронов
,
образующихся
в
среднем
при
делении
одного
ядра
,
получим
коэффициент
ест
η
для
естественной
смеси
:
235
235
235
238
238
)
140(
nf
ест
n
n
nf
nf
γ
γ
νσ
η
σ
σ
σ
σ
=
+
+
+
(*)
Для
тепловых
нейтронов
2,47
ν
=
,
235
580
nf
σ
=
барн
,
235
112
n
γ
σ
=
барн
,
238
2,8
n
γ
σ
=
барн
,
238
0
nf
σ
=
.
Подставив
эти
величины
в
(*),
получим среднее
число
вторичных
нейтронов
на
один
захват
нейтрона
делящимися
ядрами
ест
тепл
η
=
1.32
>
1.
Отсюда
прямо
следует
,
что
цепная
реакции
на
тепловых
нейтронах
на
естественной
цепи
в
принципе
возможна
.
Однако
для
реального
осуществления
цепной
реакции
надо
уметь
c
малыми
потерями
замедлять
образующиеся
при
делении
нейтроны
с
энергиями
от
нескольких
МэВ
до
тепловых
.
Цепная
Цепная
реакция
реакция
деления
деления
на
на
тепловых
тепловых
нейтронах
нейтронах
Для
осуществления
цепной
реакции
на
тепловых
нейтронах
в
активную
зону
вводят
специальные
вещества
−
замедлители
,
которые
замедляют
образующиеся
при
делении
быстрые
нейтроны
до
тепловых
энергий
.
На
практике
цепная
реакция
на
тепловых
нейтронах
осуществляется
на
естественном
или
обогащенном
до
нескольких
процентов
изотопом
U
235
92
уране
.
Большое
количество
изотопа
U
238
92
в
активной
зоне
из
-
за
большой
величины
сечения
реакции
238
U( , )
n
γ
усложняет
процесс
замедления
и
предъявляет
высокие
требования
к
качеству
замедлителя
.
Жизнь
одного
поколения
нейтронов
в
активной
зоне
с
замедлителем
приближенно
можно
разбить
на
две
стадии
:
замедление
до
тепловых
энергий
и
диффузия
с
тепловыми
скоростями
до
поглощения
.
Для
того
,
чтобы
основная
часть
нейтронов
успела
замедлиться
без
поглощения
,
должно
выполняться
условие
расс
захв
n
σ
σ
>>
расс
σ
−
усредненное
по
энергии
сечение
упругого
рассеяния
,
захв
σ
−
усредненное
по
энергии
сечение
захвата
,
n
—
число
столкновений
нейтрона
с
ядрами
замедлителя
,
необходимое
для
достижения
тепловой
энергии
.