Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

99,3 %

  2

Ц\] і 0,7 %

  2

Ці]. Теоретичні і експериментальні дані показують, 

які вивільняються в процесі поділу ядер урану, 

поділ лише ядер ізотопу урану-236, ядрами урану-238 

ються, не спричинюючи їх поділу, тобто ядра урану-238 не беруть участі в 

Це є причиною того. 

Отже,, 

і ро

 І

 задачу — поділити природний уран на два його ізотопи. 

На сьогодні і дну й трудомістку задачу розв'язано. 

які утворюються в процесі поділу, беруть участь у 

наступних актах поділу, то кількість нейтронів зростає в 
прогресії; отже, 
вої ядерної реакції є, 

де - кількість нейтронів, які 

— кількість 

' етапі. 

Коефіцієнт розмноження визначає також кількість поділів ядер, 

[кщо

 к

 <1, то реакція 

процес відбувається із ста-

Систему з

 к >

 1 назива-

§ 258 

Я, 

ЩЮІ 

реакція, 

реактор 

Ядерний реактор 

(рис, 25.11), в якому як 

до 5 % ізотопом 

реакції можливе тільки під 

урану-235, то одночасно зі 

створити умови і 

вторинних нейтронів до теп-
лових швидкостей. Для цього 
використовують спеціальну 
речовину, яку називають

 спо-

вільнювачем.

 Ядра речовини 

сповільнювача мають в основ-
ному сповільнювати, але не 
поглинати нейтрони. Такою 
речовиною є важка вода В

2

0. 

Проте добування її у великих 
кількостях пов'язане з певними труднощами. У звичайній воді на 6000 мо-
лекул  Н

2

0 є лише одна молекула  0

2

0 , тому в реакторах використовують 

такі сповільнювачі, як звичайна вода або графіт. 

Активна зона реактора, в якій відбувається самопідтримуюча ланцю-

гова реакція, - це графітовий циліндр. 

Щоб зменшити витікання нейтронів, активну зону оточено шаром від-

бивача, роль якого виконують стінки графітового циліндра. Ядерне пальне 
(уран) вводять в активну зону, як правило, у вигляді стрижнів, між якими 
розміщений сповільнювач нейтронів. У процесі ланцюгової реакції темпе-
ратура в активній зоні досягає 800-900 К. Для відведення теплоти через 
активну зону реактора по трубах пропускають теплоносій, наприклад зви-
чайну воду або рідкий металічний натрій. Керують ланцюговою реакцією 
за допомогою регулюючих стрижнів, виготовлених з бору або кадмію, які 
добре поглинають теплові нейтрони. Ланцюгова реакція, яка розвивається, 
призводить до того, що кількість ядер, які діляться, неперервно зростає, 
тобто збільшується потужність реактора. Щоб ланцюговий процес не набув 
лавинного характеру, потрібно, щоб коефіцієнт розмноження нейтронів 
весь час дорівнював одиниці; цього досягають за допомогою регулюючих 
стрижнів. Якщо регулюючі стрижні будуть вийняті з активної зони, то

 к >

 1

, 

а коли вони повністю знаходяться в зоні, то

 к

 < 1. За допомогою стрижнів у 

будь-який момент часу можна припинити розвиток ланцюгової реакції. 

Критична маса 

Самопідтримуюча ланцюгова реакція може відбуватися в ак-

тивній зоні

 (к

 > 1) тоді, коли об'єм її не менший від деякого критичного 

значення. Мінімальний об'єм активної зони, при якому можливе здійс-
нення ланцюгової реакції, називають

 критичним об'ємом.

 Масу подільної 

речовини, внесену в критичний об'єм, називають

 критичною

. Залежно від 

будови установок і типу пального критична маса може змінюватися від 
кількох сотень грамів до кількох десятків тонн ядерного пального. 

Ядерне пальт 

і тбімтадач 

Регулюючі 

стрижні 

Відбибач 

Теплоносій 

Пара

 г

У

р

йіна [-

т

ратор 

Захист бід радіації 

Рис» 25.11 

601 

Відтворення.

 •

 ядерного пального 

У реакторі, який працює на природному урані, частина вторин-

них нейтронів захоплюється, ядром урану-238, перетворюючись в уран-239: 

* * 1 Л ^ И - ^ ін-у. 

Ізотоп урану-239 радіоактивний з періодом піврозпаду 23,5 хв. Вна-

слідок р -розпаду він перетворюється в ізотоп, нептунію: 

2391 т .239 \т„ ,0 _ .

 %

. 

92 ^ 93  ^ Р

  +

І

 е

 ' 

У свою чергу, зазнаючи р-розпад, ядро нептунію перетворюється в яд-

ро плутонію-239: 

^ Н р - ^ Р и +  ^ е +  у . 

Нуклід тіутонію-239 має період піврозпаду

 Т~24

 тис. років і за своєю 

здатністю до поділу не поступається, урану-235. Його можна використати 
в ядерних реакторах як пальне. Отже, витрачання урану-235 супрово-
диться утворенням не менш цінного ядерного пального - плутонію-239. 

При поділі одного ядра урану-235 в середньому вивільняється 2,5 ней-

трона» На підтримання ланцюгової реакції витрачається один нейтрон; 

отже, 1,5 нейтрона йде на утворення ядер плутонію. Таким чином, у про-
цесі поділу ядер урану-235 реактор одночасно відтворює ядерне пальне в 
кількості, яка перевищує витрачену. 

Звжшст від радіації 

Під час ланцюгової ядерної реакції утворюються радіоактив-

ні ядрачюколки, які є джерелами нейтронів, р- і у -випромінювання, От-

же, урановий реактор с джерелом різних випромінювань, особливо небез-
печні з них нейтрони і у «випромінювання, оскільки вони мають велику 
проникну здатність. Обслуговуючий персонал від опромінення, захища-
ють, як правило, шаром води завтовшки порядку 1 м, шаром бетону до 3 м 
і товстим шаром чавуну» 

Тепер створено різні

 ТИШІ

 реакторів, які відрізняються один від одного 

енергіями нейтронів, що спричинюють поділ ядерного пального (реактор 
на теплових нейтронах, реактор на швидких нейтронах), характером по-

дільної речовини (на природному урані, збагаченому урані, на чистому 

подільному продукті), призначенням (для наукових досліджень, виробни-
цтва плутонію, вироблення електроенергії), 

ті 

Атомну бомбу

 можна розглядати як реактор, в якому відбувається 

некерований ланцюговий процес поділу

 (к >

 і). Як ядерне пальне для неї 

використовують в основному уран-235 або плутоній-239. Ланцюговий 
процес, що призводить до вибуху, можливий тільки при певних критич-
них розмірах або критичній масі ядерного пального. Критична маса для 
урану-235 і плутонію-239 становить до 10—20 кг. 

До вибуху ядерний заряд поділено звичайно на дві частини, маса кож-

ної з них менша від критичної, тому ланцюгова ядерна реакція не відбу-
вається. Як тільки частини ядерного заряду, що є півкулями радіусом 
4-6 см, з'єднуються разом, їх маса стає більшою від критичної, миттю 
починається некерований ланцюговий ядерний процес - ядерний вибух. 
Ядерне пальне з'єднують за допомогою звичайної вибухової речовини 

(димного пороху). Ядерний вибух супроводиться випусканням у -випромі-
нювання й нейтронів, різким підвищенням температури і тиску, Основними 
факторами ураження є ударна хвиля, яка поширюється від центра вибуху 
в усі боки з надзвуковою швидкістю, і радіоактивне випромінювання, яке 
заражує навколишню місцевість. 

§ 259. Добування

 радіоактивних ізотопів 

та їх

 застосування 

Дослідження штучної радіоактивності, проведені Ірен і Фреде-

ріком Жоліо-Кюрі, Е. Фермі, відкрили можливість створення штучних ра-
діоактивних елементів. Промислове виробництво радіоактивних ізотопів ста-
ло можливим після пуску першого радянського атомного реактора в 1946 р. 

Першим елементом, створеним штучно, був технецій

 43

 Тс. Його до-

буто в 1937 р. внаслідок бомбардування молібдену дейтерієм: 

Тільки в 1961 р. його сліди було виявлено в земних мінералах. Від-

криття технецію стало початком заповнення клітинок 43, 61, 85, 87 пері-
одичної системи Менделєєва, які раніше були порожні. На сьогодні за 

допомогою ядерних реакцій і штучної радіоактивності добуто ізотопи з 

номерами від 93 до 105 (див, періодичну систему Менделєєва). 

Застосування штучних радіоактивних ізотопів ґрунтується на великій 

проникній та іонізуючій здатності радіоактивного випромінювання, яке 
виникає внаслідок радіоактивного розпаду. 

Радіоактивні ізотопи і ядерні випромінювання дедалі ширше застосо-

вують у наукових дослідженнях, промисловості, сільському господарстві 
і медицині. 

603 

Ізотопи і випромінювання мають численні галузі застосування. Вони 

дають можливість визначати якість виливків і зварних швів, витрату і 

швидкість руху рідин, газів і сипких матеріалів, а також фіксувати рівень 
заповнення закритих місткостей. За їх допомогою визначають місця течі в 
підземних трубопроводах, якість змішування різних матеріалів, товщину і 
надійність лакових покриттів. 

Ізотопи використовують для вивчення міграції риби і якості добрив, 

розвитку живого організму і руху мулу в гирлах річок. Включені в мета-
леві підшипники або поршневі кільця двигунів, вони дають можливість 

визначати динаміку їх спрацювання. 

На основі використання ядерних випромінювань побудовано прилади, 

які автоматично вимірюють товщину і густину різних середовищ, тиск 
газу, в'язкість рідин і цілий ряд інших параметрів, потрібних для регулю-
вання технологічних процесів. Завдяки безконтактності роботи, точності 
й надійності вимірювань прилади з джерелами випромінювань широко 

використовують як датчики систем автоматичного регулювання. 

Іонізуючі випромінювання застосовують у різних галузях промисло-

вості для видалення електростатичних зарядів, які утворюються на робочих 
органах машин, заготовках і готовій продукції в паперовій, текстильній, 
гумовій та інших галузях промисловості. 

За допомогою потужних джерел випромінювання виникла можливість 

стерилізувати в промисловому масштабі медикаменти, деякі ліки і меди-
чне устаткування. Розроблено методи застосування випромінювань для 
консервування харчових продуктів, прискорення хімічних реакцій, виго-
товлення нових хімічних сполук, зміни фізико-механічних властивостей 
різних хматеріалів та виробів з них. 

Використання ізотопів і випромінювань у медицині дало можливість 

зробити значний крок уперед в галузі діагностики і лікування злоякісних 
пухлин та деяких інших захворювань. 

Радіоактивні ізотопи, введені в досліджуваний об'єкт (або добуті після 

попереднього опромінення досліджуваного матеріалу нейтронами), дають 
можливість дослідити властивості речовини і хід різних процесів. Це

 ме-

тод мічених атомів

, або радіоактивних індикаторів, що не має собі рівних 

за універсальністю, точністю, швидкістю і надійністю. Тепер майже в усіх 
областях знань і галузях промисловості застосовують радіоактивні індика-
тори. Особливо широко їх використовують у сільському господарстві, біо-
логії і медицині, а також у металургійній, хімічній і нафтовій промисловості. 

Приклади застосування ізотопів у наукових дослідженнях такі числен-

ні, що їх не можна перелічити. З того часу як атомна промисловість поча-
ла випускати в достатніх кількостях різні "мічені" хімічні сполуки, дослід-
ники найрізноманітніших спеціальностей дістали новий, дуже потужний 

604