Основні властивості нейтрино

Нейтрино і антинейтрино. Представлення о Н. і антинейтрино виникло чисто теоретично. Проте доказ того, що ці частки дійсно різні, не може бути отримано в рамках самої теорії. Оскільки Н. не має електричного заряду, не виключено, що Н. по своїх властивостях тотожне антинейтрино, тобто є істинно нейтральною часткою; таке Н. вперше було розглянуто італійським фізиком Е. Майорана і тому називалося «майорановським». У 1946 Би. М. Понтекорво запропонував для експериментального вирішення цієї проблеми використовувати реакцію перетворення ³⁷ Cl у ³⁷ Ar. З існування розпаду ³⁷ Ar (e ^- , n _e ) ³⁷ CI слідує реакція

³⁷ Cl + n _e ® ³⁷ Ar + e ^- . (3)

Якщо n _e і не тотожні, то реакція

аналогічна реакції (3), при опроміненні ³⁷ Cl пучком антинейтрино від реактора не повинна спостерігатися. У експерименті, здійсненому американським ученим Р. Дейвісом в 1955—56 на чотирихлористому вуглеці, реакцію (*) не удалося виявити. Цей результат доводить нетотожність n _e і (і, отже, є основою для введення лептонного числа L _e , що зберігається ).

                    Поділ важких ядер, ланцюгова реакція.

Поділ ядра — ядерна реакція, при якій ядро важкого елементу розпадається на менші ядра, часто виділяючи при цьому гамма-кванти й вільні нейтрони.

Поділ ядра — екзотермічна реакція. Виділене при поділі тепло набагато перевищує характерні енергії хімічних реакцій. Тому поділ використовується в ядерній енергетиці, а також у військовій справі для створення атомних бомб.

Поділ слід відрізняти від реакцій радіоактивного розпаду, при яких виділяються гамма-кванти, альфа- і бета-частинки, а маса ядра та його атомний номер змінюються незначно, або зовсім не змінюються. При поділі первинне ядро розпадається на великі шматки і як наслідок виникають відносно важкі ядра із середини періодичної таблиці.

  

Схематичне зображення поділу ядра²³⁵U при поглинанні нейтрона

Ланцюгова реакція

                                                                 Схематичне зображення ланцюгової реакції

При поділі ядер виділяються нейтрони. Їхня кількість залежить від конкретного сценарію поділу. Зазвичай виділяються 2-3нейтрони. Ці нейтрони можуть захопитися іншими, ще неподіленими ядрами, й викликати їхній поділ, при якому знову ж таки виділяються нові нейтрони. Така реакція називається ланцюговою. Ланцюгова реакція характеризується коефіцієнтом розмноження нейтронів. Він залежить не тільки від кількості нейтронів, що виділяються при кожному акті поділу, а й від втрат нейтронів: частина нейтронів вилітає за межі області, де відбувається реакція і знаходяться здатні до поділу ядра, інша ж частина поглинається ядрами інших (стабільних)хімічних елементів і не викликає реакцій поділу. Якщо коефіцієнт розмноження більший за одиницю, виникає вибух. Такий сценарій використовується у атомних бомбах. Якщо коефіцієнт розмноження строго дорівнює одиниці, то реакція протікає стабільно. Такий сценарій використовується у ядерних реакторах.

Ймовірність поглинання нейтрона ядром залежить від енергії нейтрона. Для ²³⁵U ймовірність збільшується при зменшенні швидкості нейтронів. Тому у ядерних реакторах використовуються сповільнювачі нейтронів. Оскільки найважливішими для реакції поділу є теплові нейтрони, то коефіцієнт розмноження нейтронів залежить від температури у ядерному реакторі. Для управління реакцією у реактор вводять (або виводять) речовини, здатні поглинати нейтрони, таким чином зменшуючи (або збільшуючи) їхній потік.

   ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЯДЕРНІ РЕАКТОРИ

Величезна енергія, укладена в ядрах атомів, може бути вивільнена при здійсненні двох процесів – розподілу ядер важких елементів і синтезі ядер легких елементів. Пристрій, у якому здійснюється контрольована само підтримуюча ланцюгова реакція поділу ядер важких елементів ²³³U, ²³⁵U, ²³⁹Pu, називається ядерним реактором.

Ядра важких елементів бомбардуються нейтронами. Оскільки в нейтронах відсутній заряд, вони безперешкодно проникають в атомні ядра й спричиняють їх перетворення: ядро важкого елемента ділиться на дві частини з одночасним випущенням двох-трьох нейтронів, гама-променів і значним виділенням енергії. Поділ ядра можливий завдяки тому, що маса покою важкого ядра більше від суми мас покою часток, які виникають під час розподілу. Саме тому відбувається виділення енергії, еквівалентної зменшенню маси покою, що супроводжує розподіл. Але повна маса зберігається, у зв'язку з тим, що маса часток, які рухаються з великою швидкістю, перевищує їхню масу покою.

Процес розподілу атомного ядра можна пояснити на основі краплинної моделі ядра. Відповідно до неї згусток нуклонів нагадує крапельку зарядженої рідини. Ядерні сили між нуклонами короткострокові, подібні до сил між молекулами рідини. Поруч із силами електричного відштовхування між протонами, які намагаються розірвати ядро, діють ще більші ядерні сили притягання, які втримують ядро від розпаду. Ядро урану-235 має форму кулі. Поглинаючи зайвий нейтрон, воно збуджується й починає деформуватися, здобуваючи овальну форму. Ядро розтягується, поки сили відштовхування між кінцями витягнутого ядра не починають переважати над силами притягання, які діють у перешийку. Розтягуючись сильніше, ядро розривається на дві частини. Під дією кулоновських сил ці частини (уламки) розлітаються. Вивільнення 2-3 нейтронів у процесі розподілу дозволяє здійснити ланцюгову реакцію. Будь-який з нейтронів, вилітаючи з ядра, може викликати розпад сусіднього ядра, що також випускає нейтрони, здатні спричинити розподіл. У результаті цього кількість ядер, які діляться, швидко зростає. Ланцюгова реакція супроводжується виділенням великої кількості енергії. При розподілі кожного ядра виділяється близько 200 МеВ.

До складу ядерного реактора в загальному випадку входять:

o ядерне паливо, сповільнювач і відбивач нейтронів;

o теплоносій;

o регулювальні органи;

o детектори контролю;

o внутрішньо реакторні конструкції (технологічні канали, захисні екрани, опорні решітки й ін.);

o корпус;

o приводи регулювальних органів;

o біологічний захист.

Центральна частина ядерного реактора, включаючи паливо, сповільнювач, регулювальні органи, частину детекторів контролю, утворюють активну зону, через яку прокачується теплоносій. Основні елементи ядерного реактора представлені на рис. 2.

 

 

1 - сповільнювач;	6 - зовнішня границя активної зони;
2 - детектори;	7 - регулюючий стрижень;
3 - відбивач;	8 - корпус реактора;
4 - теплоносій;	9 - біологічний захист.
5 - ядерне паливо (твели);

Ядерним реакторам, незалежно від їх типу, властиві наступні специфічні особливості. Ядерне паливо – джерело енергії в реакторі – відрізняється високою енергоємністю (при повному поділі 1 кг ²³⁵U вивільняється енергія, що дорівнює 8·10¹³ Дж, у той час як при згорянні 1 кг органічного палива виділяється енергія порядку (3...5)·10⁷ Дж залежно від типу палива). У цьому полягає основна перевага ядерного палива.

Сьогодні існує велика кількість різних типів реакторів, які по параметрах, конструкційному виконанню, призначенню й ряду інших ознак дуже різноманітні.

Основними ознаками ядерного реактора є:

o енергія нейтронів, при взаємодії з якими відбувається розподіл важких ядер;

o матеріал сповільнювача в реакторах на теплових нейтронах;

o вид і параметри теплоносія;

o конструкційне виконання;

o призначення.

⇐ Предыдущая18192021222324252627

Поделиться: