La première réaction nucléaire expérimentale en chaîne. Réaction en chaîne contrôlée. Réacteurs nucléaires

Dans lequel les particules qui les provoquent se forment également comme produits de ces réactions. Cette réaction est la fission de l'uranium et de certains éléments transuraniens (par exemple, 23 9 Pu) sous l'influence des neutrons. Elle a été réalisée pour la première fois par E. Fermi en 1942. Après la découverte fission nucléaire W. Zinn, L. Szilard et G. N. Flerov ont montré que lors de la fission d'un noyau d'uranium U plus d'un neutron est émis : n + U → A + B + v. Ici UN Et DANS— fragments de fission ayant des nombres de masse A compris entre 90 et 150, v— nombre de neutrons secondaires.

Facteur de multiplication des neutrons. Pour qu'une réaction en chaîne se produise, il faut que le nombre moyen de neutrons libérés dans une masse d'uranium donnée ne diminue pas avec le temps, ou que facteur de multiplication des neutrons k était supérieur ou égal à un.

Le facteur de multiplication des neutrons est le rapport entre le nombre de neutrons d’une génération et le nombre de neutrons de la génération précédente. Le changement générationnel est compris comme la fission nucléaire, au cours de laquelle les neutrons de l'ancienne génération sont absorbés et de nouveaux neutrons naissent.

Si k ≥ 1, alors le nombre de neutrons augmente avec le temps ou reste constant, et réaction en chaîneà venir. À k > 1 le nombre de neutrons diminue et une réaction en chaîne est impossible.

Pour diverses raisons, parmi tous les noyaux présents dans la nature, seuls les noyaux isotopiques conviennent à la réalisation d'une réaction nucléaire en chaîne. Le facteur de multiplication est déterminé par : 1) la capture de neutrons lents par les noyaux, la fission ultérieure et la capture de neutrons rapides par les noyaux et, également, la fission ultérieure ; 2) capture de neutrons sans fission par les noyaux d'uranium ; 3) capture des neutrons par les produits de fission, modérateur et éléments structurels installations; 4) l'émission de neutrons de la substance fissile vers l'extérieur.

Seul le premier processus s'accompagne d'une augmentation du nombre de neutrons. Pour une réaction stationnaire k doit être égal à 1. Déjà à k = 1,01 une explosion se produira presque instantanément.

Formation de plutonium. À la suite de la capture d'un neutron par un isotope de l'uranium, il se forme un isotope radioactif avec une demi-vie de 23 minutes. Pendant la désintégration, le premier élément transura-nouvel apparaît neptunium:

Le neptunium β-radioactif (avec une demi-vie d'environ deux jours), émettant un électron, se transforme en l'élément transuranien suivant - plutonium:

La demi-vie du plutonium est de 24 000 ans et sa propriété la plus importante est la capacité de se fission sous l'influence de neutrons lents de la même manière qu'un isotope. À l'aide du plutonium, une réaction en chaîne peut être réalisée avec la libération d'énormes quantités d'énergie.

La réaction en chaîne s'accompagne de la libération d'une énorme énergie ; Lorsque chaque noyau se fissifie, 200 MeV sont libérés. La fission d’un noyau d’uranium libère la même énergie que la combustion de trois charbons ou de 2,5 tonnes de pétrole.

ÉQUATION DE RÉACTION EN CHAÎNE. CLASSIFICATION DES NEURONES

DISPOSITIF ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN COMPTEUR DE DÉCHARGES DE GAZ

STRUCTURE ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA CHAMBRE D'IONISATION

En fonction de la tension fournie, le détecteur peut fonctionner en mode chambre d'ionisation, compteur proportionnel et compteur Geiger-Muller.

Le détecteur d'ionisation le plus simple est chambre d'ionisation , qui est un condensateur constitué de deux plaques parallèles dont l’espace est rempli d’air ou de gaz. Une tension d'environ 100 volts est appliquée aux électrodes, ce qui correspond à 1 section de la caractéristique courant-tension. En l’absence de rayonnement ionisant, l’espace entre les électrodes est diélectrique et il n’y a pas de courant dans le circuit.

Lorsqu'ils sont exposés à un rayonnement ionisant entre les électrodes, les molécules de gaz et les atomes sont ionisés et des ions positifs et négatifs se forment. Ions négatifs se déplacer vers l'électrode positive, et les ions positifs vice versa. Un courant apparaît dans le circuit. La tension entre les électrodes est choisie de manière à ce que tous les ions formés atteignent les électrodes sans avoir le temps de se recombiner, mais ne s'accélèrent pas non plus au point de provoquer une ionisation secondaire.

Les chambres d'ionisation sont faciles à utiliser et se caractérisent par haute efficacité enregistrement, mais les inconvénients sont une faible sensibilité. La tension fournie aux électrodes de la chambre d'ionisation doit être d'environ 100 V.

Compteur de décharge de gaz est un cylindre en métal ou en verre, surface intérieure recouvert de métal, qui est la cathode. Un mince fil métallique d'un diamètre d'environ 100 microns, qui constitue l'anode, est tendu le long de l'axe du cylindre.

Les compteurs proportionnels fonctionnent à des tensions correspondant à la section 2 de la caractéristique courant-tension. À une tension de 100 à 1 000 V, une intensité de champ électrique élevée est créée entre les électrodes et les ions primaires résultants créent une ionisation secondaire des atomes et des molécules de gaz. Dans de tels compteurs, la valeur actuelle dépend du niveau de rayonnement ionisant.

Les compteurs Geiger-Muller fonctionnent dans la 3ème section de la caractéristique courant-tension à des tensions supérieures à 1000 V. Sous l'action des rayonnements ionisants, des ions positifs et des électrons négatifs se forment dans l'espace entre les électrodes, qui, se déplaçant vers l'anode, créent ionisation secondaire. En raison de l'intensité élevée du champ électrique à proximité de l'anode, associée à sa petite surface, les électrons secondaires sont tellement accélérés qu'ils réionisent le gaz. Le nombre d'électrons augmente comme une avalanche, une décharge corona se produit, qui opère après l'arrêt des rayonnements ionisants. La charge est terminée en allumant une grande résistance de 1 MOhm.

Les compteurs Geiger-Muller se caractérisent par une efficacité d'enregistrement élevée et une grande amplitude de signal (environ 40 volts). Inconvénients : faible résolution et temps fort récupération.

Équation de réaction en chaîne :

où K est le nombre de neutrons secondaires (2-3) ; q – l'énérgie thermique

Réaction nucléaire en chaîne est que sous l'influence des neutrons, les noyaux d'un atome d'uranium se désintègrent en noyaux plus légers appelés fragments de fission . Dans ce cas, neutrons secondaires et de l'énergie thermique est libérée. Les neutrons secondaires affectant à nouveau les noyaux d'uranium conduisent à leur fission avec formation de nouveaux neutrons et libération d'énergie. Le processus se répète, se développe comme une avalanche et peut conduire à une explosion nucléaire.

Cependant, cette représentation d'une réaction nucléaire est idéalisée, car En raison de la capture des neutrons par les impuretés et de la fuite des neutrons de la région active, la réaction nucléaire peut se désintégrer.

Pour caractériser les processus se produisant dans une réaction nucléaire, le concept est introduit facteur de multiplication K , qui est égal au rapport entre le nombre de neutrons à un instant donné et le nombre de neutrons à l'instant précédent.

K > 1 La réaction nucléaire se développe et peut conduire à une explosion

À< 1 Ядерная реакция затухает

K = 1 La réaction nucléaire se déroule de manière stable

Classification des neutrons en fonction de la grandeur de leur énergie :

CONDITIONS POUR UNE RÉACTION NUCLÉAIRE:

1) L'uranium doit être nettoyé des impuretés et des produits de désintégration ;

2) Dans une réaction neutronique rapide en chaîne, il est nécessaire d'enrichir l'uranium naturel, où sa concentration est de 0,7 % jusqu'à une concentration de 15 %.

3) Dans une réaction en chaîne avec des neutrons thermiques, il faut éviter la capture résonante d'un neutron par l'uranium 238. A cet effet, des modérateurs en graphite sont utilisés.

4) Le système combustible nucléaire et modérateur doit être alterné, c'est-à-dire hétérogène.

5) Le système doit être sphérique ;

6) Pour réaliser une réaction nucléaire, il faut disposer d'une quantité suffisante de combustible nucléaire. La valeur minimale de combustible nucléaire à laquelle une réaction nucléaire se produit encore est appelée masse critique.

Réaction nucléaire en chaîne

Réaction nucléaire en chaîne- une séquence de réactions nucléaires uniques, dont chacune est provoquée par une particule apparue comme produit de réaction à l'étape précédente de la séquence. Un exemple de réaction nucléaire en chaîne est une réaction en chaîne de fission de noyaux d'éléments lourds, dans laquelle la plupart des événements de fission sont initiés par des neutrons obtenus lors de la fission de noyaux de la génération précédente.

Mécanisme de libération d'énergie

La transformation d'une substance s'accompagne de la libération d'énergie libre uniquement si la substance dispose d'une réserve d'énergie. Ce dernier signifie que les microparticules d'une substance sont dans un état avec une énergie de repos supérieure à celle d'un autre état possible vers lequel il existe une transition. Une transition spontanée est toujours empêchée par une barrière énergétique, pour surmonter laquelle la microparticule doit recevoir une certaine quantité d'énergie de l'extérieur - l'énergie d'excitation. La réaction exoénergétique consiste dans le fait que lors de la transformation suivant l'excitation, plus d'énergie est libérée qu'il n'en faut pour exciter le processus. Il existe deux manières de surmonter la barrière énergétique : soit grâce à l'énergie cinétique des particules en collision, soit grâce à l'énergie de liaison de la particule qui se joint.

Si nous gardons à l’esprit l’échelle macroscopique de libération d’énergie, alors toutes ou initialement au moins une partie des particules de la substance doivent avoir l’énergie cinétique nécessaire pour exciter des réactions. Ceci n'est réalisable qu'en augmentant la température du milieu jusqu'à une valeur à laquelle l'énergie du mouvement thermique se rapproche du seuil énergétique limitant le déroulement du processus. Dans le cas de transformations moléculaires, c'est-à-dire de réactions chimiques, une telle augmentation est généralement de plusieurs centaines de Kelvins, mais dans le cas de réactions nucléaires, elle est d'au moins 10 7 K en raison de la très grande hauteur des barrières coulombiennes des noyaux en collision. L'excitation thermique des réactions nucléaires n'est réalisée en pratique que lors de la synthèse des noyaux les plus légers, dans lesquels les barrières coulombiennes sont minimes (fusion thermonucléaire).

L'excitation en joignant des particules ne nécessite pas une grande énergie cinétique et ne dépend donc pas de la température du milieu, car elle se produit en raison de liaisons inutilisées inhérentes aux forces d'attraction des particules. Mais pour susciter des réactions, les particules elles-mêmes sont nécessaires. Et si encore une fois nous n'entendons pas un acte de réaction séparé, mais la production d'énergie à l'échelle macroscopique, alors cela n'est possible que lorsqu'une réaction en chaîne se produit. Cette dernière se produit lorsque les particules qui excitent la réaction réapparaissent comme produits d’une réaction exoénergétique.

Réactions en chaîne

Les réactions en chaîne sont fréquentes parmi réactions chimiques, où le rôle des particules avec des liaisons inutilisées est joué par des atomes libres ou des radicaux. Le mécanisme de réaction en chaîne lors des transformations nucléaires peut être assuré par des neutrons qui n'ont pas de barrière coulombienne et excitent les noyaux lors de leur absorption. L'apparition de la particule nécessaire dans l'environnement provoque une chaîne de réactions qui se succèdent et se poursuivent jusqu'à ce que la chaîne se brise en raison de la perte de la particule porteuse de réaction. Il existe deux raisons principales aux pertes : l'absorption d'une particule sans émission de particule secondaire et le départ de la particule au-delà du volume de la substance qui supporte le processus en chaîne. Si dans chaque acte de réaction, une seule particule porteuse apparaît, alors la réaction en chaîne est appelée non ramifié. Une réaction en chaîne non ramifiée ne peut pas conduire à une libération d’énergie à grande échelle.

Si dans chaque acte de réaction ou dans certains maillons de la chaîne plus d'une particule apparaît, alors une réaction en chaîne ramifiée se produit, car l'une des particules secondaires continue la chaîne commencée, tandis que les autres donnent naissance à de nouvelles chaînes qui se ramifient à nouveau. Certes, les processus qui conduisent à des ruptures de chaîne entrent en compétition avec le processus de branchement, et la situation qui en résulte donne lieu à des phénomènes limitants ou critiques spécifiques aux réactions en chaîne ramifiée. Si le nombre de circuits interrompus est supérieur au nombre de nouveaux circuits apparaissant, alors réaction en chaîne auto-entretenue(SCR) s'avère impossible. Même s'il est excité artificiellement en introduisant une certaine quantité de particules nécessaires dans le milieu, alors, comme le nombre de chaînes dans ce cas ne peut que diminuer, le processus qui a commencé s'estompe rapidement. Si le nombre de nouvelles chaînes formées dépasse le nombre de ruptures, la réaction en chaîne se propage rapidement dans tout le volume de la substance lorsqu'au moins une particule initiale apparaît.

La région des états de la matière avec développement d'une réaction en chaîne auto-entretenue est séparée de la région où une réaction en chaîne est généralement impossible, un état critique. L'état critique est caractérisé par l'égalité entre le nombre de nouveaux circuits et le nombre de coupures.

L’atteinte d’un état critique est déterminée par un certain nombre de facteurs. Division noyau lourd est excité par un neutron et, à la suite d'un événement de fission, plusieurs neutrons apparaissent (par exemple, pour 235 U, le nombre de neutrons produits lors d'un événement de fission est en moyenne de 2,5). Par conséquent, le processus de fission peut donner lieu à une réaction en chaîne ramifiée dont les porteurs seront des neutrons. Si le taux de pertes de neutrons (captures sans fission, fuites du volume de réaction, etc.) compense le taux de multiplication des neutrons de telle sorte que le facteur de multiplication effectif des neutrons soit exactement égal à l'unité, alors la réaction en chaîne se déroule de manière mode stationnaire. L'introduction d'une rétroaction négative entre le facteur de multiplication effectif et le taux de libération d'énergie permet une réaction en chaîne contrôlée, utilisée par exemple dans l'énergie nucléaire. Si le facteur de multiplication est supérieur à un, la réaction en chaîne se développe de manière exponentielle ; La réaction en chaîne de fission incontrôlée est utilisée dans les armes nucléaires.

voir également

Réaction chimique en chaîne

Littérature

Klimov A.N. Physique nucléaire et réacteurs nucléaires.- M. Atomizdat, .
Levin V.E. Physique nucléaire et réacteurs nucléaires/ 4e éd. - M. : Atomizdat, .
Pétounine V.P. Ingénierie thermique des installations nucléaires.- M. : Atomizdat, .

Fondation Wikimédia. 2010.

Voyez ce qu’est « Réaction nucléaire en chaîne » dans d’autres dictionnaires :

La réaction nucléaire en chaîne est une séquence de réactions nucléaires excitées par des particules (par exemple des neutrons) nées lors de chaque événement de réaction. En fonction du nombre moyen de réactions consécutives à la précédente, celui-ci est inférieur, égal ou... ... Termes de l'énergie nucléaire

réaction nucléaire en chaîne- Une séquence de réactions nucléaires excitées par des particules (par exemple des neutrons) nées de chaque événement réactionnel. En fonction du nombre moyen de réactions consécutives à une réaction précédente inférieur, égal ou supérieur à un... ...

réaction nucléaire en chaîne- grandininė branduolinė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. réaction nucléaire en chaîne vok. Kettenkernreaktion, f rus. réaction nucléaire en chaîne, f pran. réaction en chaîne nucléaire, f; réaction nucléaire en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas

Réaction de fission des noyaux atomiques d'éléments lourds sous l'influence de neutrons ; à chaque acte de l'essaim, le nombre de neutrons augmente, de sorte qu'un processus de fission autonome peut se produire. Par exemple, lors de la fission d'un noyau de l'isotope de l'uranium 235U sous l'influence de... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

Réaction nucléaire en chaîne- la réaction de fission des noyaux atomiques sous l'influence de neutrons, à chaque acte duquel au moins un neutron est émis, ce qui assure le maintien de la réaction. Utilisé comme source d'énergie dans les charges nucléaires (réacteurs nucléaires explosifs) et les réacteurs nucléaires... ... Glossaire de termes militaires

réaction en chaîne de fission nucléaire avec des neutrons- - [A.S. Goldberg. Dictionnaire de l'énergie anglais-russe. 2006] Thèmes : l'énergie en général FR réaction divergente... Guide du traducteur technique

Réaction nucléaire en chaîne autonome- 7. Réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue SCR Réaction nucléaire en chaîne caractérisée par un facteur de multiplication effectif supérieur ou égal à l'unité.

Réaction en chaîne

Réaction en chaîne- une réaction chimique et nucléaire dans laquelle l'apparition d'une particule active (radical libre ou atome dans un procédé chimique, neutron dans un procédé nucléaire) provoque grand nombre(chaîne) de transformations successives de molécules ou de noyaux inactifs. Les radicaux libres et de nombreux atomes, contrairement aux molécules, ont des valences libres insaturées (électrons non appariés), ce qui conduit à leur interaction avec les molécules d'origine. Lorsqu'un radical libre (R) entre en collision avec une molécule, l'une des liaisons de valence de cette dernière est rompue et, ainsi, à la suite de la réaction, un nouveau radical libre se forme, qui, à son tour, réagit avec une autre molécule - une réaction en chaîne se produit.

Les réactions en chaîne en chimie comprennent les processus d'oxydation (combustion, explosion), de craquage, de polymérisation et autres, largement utilisés dans les industries chimiques et pétrolières.

Fondation Wikimédia. 2010.

Voyez ce qu’est « réaction en chaîne » dans d’autres dictionnaires :

RÉACTION EN CHAÎNE, un processus autonome de fission nucléaire, dans lequel une réaction conduit au début d'une seconde, d'une seconde à une troisième, et ainsi de suite. Pour que la réaction démarre, des conditions critiques sont nécessaires, c'est-à-dire une masse de matière capable de se diviser... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

réaction en chaîne- Tout processus biologique (ou chimico-physique) composé d'une série processus interconnectés, où le produit (ou l'énergie) de chaque étape est un participant étape suivante, ce qui entraîne le maintien et (ou) l'accélération de la chaîne... ... Guide du traducteur technique

réaction en chaîne- 1) Une réaction qui provoque un grand nombre de transformations des molécules de la substance originelle. 2) Réaction auto-entretenue de fission de noyaux atomiques d'éléments lourds sous l'influence de neutrons. 3) décomposition À propos d'une série d'actions, d'états, etc., dans lesquels un ou un... ... Dictionnaire de nombreuses expressions

Réaction en chaîne Tout processus biologique (ou chimique-physique) composé d'une série de processus interdépendants, où le produit (ou l'énergie) de chaque étape participe à l'étape suivante, qui conduit au maintien et (ou) ... ... Biologie moléculaire et génétique. Dictionnaire.

réaction en chaîne- Grandininė reakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminė ar branduolinė reakcija, kurios aktyvusis centras sukelia ilgą kitimų grandinę. atitikmenys : engl. réaction en chaîne rus. réaction en chaîne … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

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Razg. À propos du processus continu et incontrôlé d’implication de quelqu’un ou de quelque chose. quoi ? BMS 1998, 489 ; BTS, 1462… Grand dictionnaire de dictons russes

Réaction en chaîne concept scientifique. Et aussi « Chain Reaction » est le nom de plusieurs longs métrages: Film soviétique « Chain Reaction » de 1962. "Chain Reaction" est une comédie policière française de 1963. "Chaîne... ... Wikipédia

Concept scientifique de réaction en chaîne. Et aussi « Chain Reaction » est le nom de plusieurs longs métrages : « Chain Reaction » est un film soviétique de 1962. "Chain Reaction" est une comédie policière française de 1963. Film australien "Chain Reaction"... ... Wikipédia

Réaction en chaîne (film, 1963) Ce terme a d'autres significations, voir Réaction en chaîne (définitions). Carambolages à réaction en chaîne ... Wikipédia

Livres

Réaction en chaîne, Elkeles Simone. 18 ans et plus 3 fonctionnalités : - Le best-seller du New York Times, Amazon - De l'auteur des best-sellers mondiaux "Perfect Chemistry" et "The Law of Attraction" - Pour ceux qui croient que l'amour change tout "Excellent…

Il s’agit d’un processus dans lequel une réaction effectuée provoque des réactions ultérieures du même type.

Lors de la fission d'un noyau d'uranium, les neutrons résultants peuvent provoquer la fission d'autres noyaux d'uranium et le nombre de neutrons augmente comme une avalanche.

Le rapport entre le nombre de neutrons produits lors d’un événement de fission et le nombre de ces neutrons lors de l’événement de fission précédent est appelé facteur de multiplication des neutrons k.

Lorsque k est inférieur à 1, la réaction décroît, car le nombre de neutrons absorbés est supérieur au nombre de neutrons nouvellement formés.
Lorsque k est supérieur à 1, une explosion se produit presque instantanément.
Lorsque k est égal à 1, une réaction en chaîne stationnaire contrôlée se produit.

La réaction en chaîne s'accompagne de la libération grande quantitéénergie.

Pour réaliser une réaction en chaîne, il n'est pas possible d'utiliser des noyaux qui se divisent sous l'influence de neutrons.

Utilisé comme combustible pour les réacteurs nucléaires élément chimique L'uranium est naturellement constitué de deux isotopes : l'uranium 235 et l'uranium 238.

Dans la nature, les isotopes de l'uranium 235 ne représentent que 0,7 % de la réserve totale d'uranium, mais ce sont eux qui conviennent pour réaliser une réaction en chaîne, car fission sous l'influence de neutrons lents.

Les noyaux d'uranium 238 ne peuvent fissionner que sous l'influence des neutrons haute énergie(neutrons rapides). Seuls 60 % des neutrons produits lors de la fission du noyau d’uranium 238 possèdent cette énergie. Environ seulement 1 neutron produit sur 5 provoque une fission nucléaire.

Conditions d'une réaction en chaîne dans l'uranium-235 :

La quantité minimale de combustible (masse critique) nécessaire pour réaliser une réaction en chaîne contrôlée dans un réacteur nucléaire
- la vitesse des neutrons devrait provoquer la fission des noyaux d'uranium
- absence d'impuretés absorbant les neutrons

Masse critique:

Si la masse d’uranium est petite, les neutrons voleront à l’extérieur sans réagir
- si la masse d'uranium est importante, une explosion est possible en raison d'une forte augmentation du nombre de neutrons
- si la masse correspond à la masse critique, une réaction en chaîne contrôlée se produit

Pour l'uranium 235, la masse critique est de 50 kg (il s'agit par exemple d'une boule d'uranium de 9 cm de diamètre).

La première réaction en chaîne contrôlée - USA en 1942 (E. Fermi)
En URSS - 1946 (I.V. Kurchatov).

Loi de Faraday sur l'induction électromagnétique est la loi fondamentale de l'électrodynamique concernant les principes de fonctionnement des transformateurs, des selfs et de nombreux types de moteurs électriques

Et des générateurs. La loi précise :

La loi de Faraday comme deux phénomènes différents[modifier | modifier le texte wiki]

Certains physiciens notent que la loi de Faraday décrit deux différents phénomènes: CEM du moteur, généré par l'action d'une force magnétique sur un fil en mouvement, et CEM du transformateur, généré par l'action de la force électrique due aux changements champ magnétique. James Clerk Maxwell a attiré l'attention sur ce fait dans son travail À propos du physique les lignes électriques en 1861. Dans la seconde moitié de la deuxième partie de cet ouvrage, Maxwell donne une explication physique distincte pour chacun de ces deux phénomènes. Lien vers ces deux aspects induction électromagnétique disponible dans certains manuels modernes. Comme l'écrit Richard Feynman :

Loi de Lorentz modifier le texte wiki]

Charge q dans le conducteur du côté gauche de la boucle subit la force de Lorentz q v× B k = −q v B(x C − w / 2) j (j,k- vecteurs unitaires dans les directions oui Et z; cm. produit vectoriel vecteurs), ce qui provoque une force électromotrice (travail par unité de charge) v ℓ B(x C − w / 2) sur toute la longueur du côté gauche de la boucle. Du côté droit de la boucle, un raisonnement similaire montre que la FEM est égale à v ℓ B(x C + w / 2). Deux FEM opposées poussent la charge positive vers le bas de la boucle. Au cas où le champ B augmente le long de x, la force sur le côté droit sera plus grande et le courant circulera dans le sens des aiguilles d’une montre. Utiliser la règle main droite, on obtient que le champ B, créé par le courant, est opposé au champ appliqué. La force électromotrice provoquant le courant doit augmenter dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (par opposition au courant). En ajoutant la force électromotrice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre le long de la boucle, nous trouvons :

Loi de Faraday[modifier | modifier le texte wiki]

Une approche intuitivement attrayante mais imparfaite de l'utilisation de la règle de flux exprime le flux à travers un circuit comme Φ B = Nbℓ, où w- largeur de la boucle mobile. Cette expression est indépendante du temps, il s'ensuit donc à tort qu'aucune force électromotrice n'est générée. L’erreur de cette affirmation est qu’elle ne prend pas en compte l’intégralité du trajet du courant à travers la boucle fermée.

Pour utilisation correcte Selon les règles d'écoulement, nous devons considérer l'ensemble du trajet du courant, qui inclut le trajet à travers les rebords supérieurs et inférieurs. Nous pouvons choisir un chemin fermé arbitraire à travers les jantes et la boucle rotative, et en utilisant la loi d'écoulement, trouver la force électromotrice le long de ce chemin. Tout chemin comprenant un segment adjacent à une boucle rotative prend en compte le mouvement relatif des parties de la chaîne.

A titre d'exemple, considérons un chemin passant dans la partie supérieure de la chaîne dans le sens de rotation du disque supérieur, et dans la partie inférieure de la chaîne - dans le sens opposé par rapport au disque inférieur (indiqué par les flèches sur la Fig. .4). Dans ce cas, si la boucle tournante s'est écartée d'un angle θ par rapport à la boucle collectrice, alors elle peut être considérée comme faisant partie d'un cylindre d'aire UN = rℓθ. Cette zone est perpendiculaire au champ B, et sa contribution au flux est égale à :

où le signe est négatif car selon la règle de droite le champ B , généré par une boucle avec du courant, dans la direction opposée au champ appliqué B". Puisqu’il ne s’agit que de la partie du flux dépendant du temps, selon la loi du flux, la force électromotrice est :

conformément à la formule de la loi de Lorentz.

Considérons maintenant un autre chemin, dans lequel nous choisissons de parcourir les bords des disques à travers des segments opposés. Dans ce cas le fil de discussion associé sera diminuer avec θ croissant, mais selon la règle de droite, la boucle de courant ajoute champ attaché B, donc l'EMF pour ce chemin sera exactement la même valeur que pour le premier chemin. Tout chemin de retour mixte produit le même résultat pour la valeur emf, le chemin que vous empruntez n'a donc pas vraiment d'importance.

Une réaction thermonucléaire est un type de réaction nucléaire dans laquelle des noyaux atomiques légers se combinent en noyaux plus lourds en raison de l'énergie cinétique de leur mouvement thermique. Origine du terme modifier le texte wiki]

Pour qu’une réaction nucléaire se produise, les noyaux atomiques d’origine doivent surmonter ce que l’on appelle la « barrière coulombienne » – la force de répulsion électrostatique entre eux. Pour ce faire, ils doivent disposer d’une énergie cinétique élevée. Selon théorie cinétique, l'énergie cinétique des microparticules en mouvement d'une substance (atomes, molécules ou ions) peut être représentée sous forme de température et, par conséquent, en chauffant la substance, une réaction nucléaire peut être réalisée. C’est cette relation entre le chauffage d’une substance et une réaction nucléaire qui est reflétée par le terme « réaction thermonucléaire ».

Barrière coulombienne modifier le texte wiki]

Les noyaux atomiques ont une charge électrique positive. À grande distance, leurs charges peuvent être protégées par des électrons. Cependant, pour que la fusion des noyaux se produise, ils doivent se rapprocher les uns des autres jusqu'à une distance à laquelle s'opère une forte interaction. Cette distance est de l'ordre de la taille des noyaux eux-mêmes et plusieurs fois taille plus petite atome. À de telles distances, les couches électroniques des atomes (même si elles étaient préservées) ne peuvent plus protéger les charges des noyaux, elles subissent donc une forte répulsion électrostatique. La force de cette répulsion, conformément à la loi de Coulomb, est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les charges. À des distances de l'ordre de la taille des noyaux, l'ampleur de l'interaction forte, qui tend à les lier, commence à augmenter rapidement et devient supérieure à l'ampleur de la répulsion coulombienne.

Ainsi, pour réagir, les noyaux doivent surmonter une barrière de potentiel. Par exemple, pour la réaction deutérium-tritium, la valeur de cette barrière est d'environ 0,1 MeV. A titre de comparaison, l'énergie d'ionisation de l'hydrogène est de 13 eV. Par conséquent, la substance participant à la réaction thermonucléaire sera un plasma presque entièrement ionisé.

La température équivalente à 0,1 MeV est d'environ 10 9 K, mais il existe deux effets qui abaissent la température requise pour une réaction de fusion :

· Premièrement, la température caractérise uniquement l'énergie cinétique moyenne ; il existe des particules avec une énergie à la fois inférieure et supérieure. En fait, une réaction thermonucléaire implique un petit nombre de noyaux qui ont une énergie bien supérieure à la moyenne (ce qu'on appelle la « queue de la distribution maxwellienne »).

· Deuxièmement, en raison des effets quantiques, les noyaux n'ont pas nécessairement une énergie dépassant la barrière coulombienne. Si leur énergie est légèrement inférieure à la barrière, ils sont plus susceptibles de la traverser. [ source non précisée 339 jours]

Réactions thermonucléaires modifier le texte wiki]

Certaines des réactions thermonucléaires exothermiques les plus importantes avec grandes sections:

(1)

→

4Il

(3,5 MeV)

(14,1 MeV)

(2)

→

(1,01 MeV)

(3,02 MeV)

(50 %)

(3)

→

3Il

(0,82 MeV)

(2,45 MeV)

(50 %)

(4)

3Il

→

4Il

(3,6 MeV)

(14,7 MeV)

(5)

→

4Il

+ 11,3 MeV

(6)

3Il

→

4Il

(7)

3Il

→

4Il

+ 12,1 MeV

(51 %)

(8)

→

4Il

(4,8 MeV)

(9,5 MeV)

(43 %)

(9)

→

4Il

(0,5 MeV)

(1,9 MeV)

(11,9 MeV)

(6 %)

(10)

6Li

→

4Il

+ 22,4 MeV -

(11)

6Li

→

4Il

(1,7 MeV)

3Il

(2,3 MeV)-

(12)

3Il

6Li

→

4Il

+ 16,9 MeV

(13)

11B

→

4Il

+ 8,7 MeV

(14)

6Li

→

4Il

+ 4,8 MeV

Catalyse muonique modifier le texte wiki]

Article principal : Catalyse muonique

La réaction thermonucléaire peut être considérablement facilitée en introduisant des muons chargés négativement dans le plasma réactionnel.

Les muons µ − , interagissant avec le combustible thermonucléaire, forment des mésomolécules dans lesquelles la distance entre les noyaux des atomes de combustible est légèrement plus petite, ce qui facilite leur approche et, en outre, augmente la probabilité de tunnelage des noyaux à travers la barrière coulombienne.

Nombre de réactions de synthèse Xc, initié par un muon, est limité par la valeur du coefficient de collage du muon. Expérimentalement, il a été possible d'obtenir des valeurs de X c ~ 100, c'est-à-dire qu'un muon est capable de libérer de l'énergie ~ 100 × X MeV, où X est la production d'énergie de la réaction catalysée.

Jusqu'à présent, la quantité d'énergie libérée est inférieure aux coûts énergétiques nécessaires à la production du muon lui-même (5 à 10 GeV). Ainsi, la catalyse des muons reste un processus énergétiquement défavorable. Commercialement production rentable l'énergie utilisant la catalyse des muons est possible avec Xc ~ 10 4 .

Application[modifier | modifier le texte wiki]

L'utilisation de la réaction thermonucléaire comme source d'énergie pratiquement inépuisable est avant tout associée à la perspective de maîtriser la technologie de la fusion thermonucléaire contrôlée (CTF). Actuellement, la base scientifique et technologique ne permet pas l'utilisation du CTS à l'échelle industrielle.

Dans le même temps, la réaction thermonucléaire incontrôlée a trouvé son application dans les affaires militaires. Le premier engin explosif thermonucléaire a été testé en novembre 1952 aux États-Unis, et déjà en août 1953, un engin explosif thermonucléaire sous la forme d'une bombe aérienne a été testé en Union soviétique. La puissance d'un engin explosif thermonucléaire (contrairement à un engin atomique) n'est limitée que par la quantité de matériau utilisé pour le créer, ce qui permet de créer des engins explosifs de presque toutes les puissances.

BILLET 27 question 1

Phénomène d'auto-induction

Nous avons déjà étudié qu'un champ magnétique apparaît à proximité d'un conducteur transportant du courant. Nous avons également étudié qu'un champ magnétique alternatif génère un courant (phénomène d'induction électromagnétique). Considérons circuit électrique. Lorsque l'intensité du courant change dans ce circuit, le champ magnétique change, ce qui entraîne un courant induit. Ce phénomène est appelé auto-induction, et le courant résultant dans ce cas est appelé courant d'auto-induction.

Le phénomène d'auto-induction est l'apparition d'une CEM dans un circuit conducteur, créée à la suite d'une modification de l'intensité du courant dans le circuit lui-même.

L'inductance du circuit dépend de sa forme et de sa taille, des propriétés magnétiques environnement et ne dépend pas de l'intensité du courant dans le circuit.

La force électromotrice d'auto-induction est déterminée par la formule :

Le phénomène d’auto-induction est similaire au phénomène d’inertie. Tout comme en mécanique il est impossible d’arrêter instantanément un corps en mouvement, de même un courant ne peut pas acquérir instantanément une certaine valeur en raison du phénomène d’auto-induction. Si une bobine est connectée en série avec la deuxième lampe dans un circuit composé de deux lampes identiques connectées en parallèle à une source de courant, alors lorsque le circuit est fermé, la première lampe s'allume presque immédiatement et la seconde avec un retard notable.

Lorsque le circuit est ouvert, l'intensité du courant diminue rapidement et la force électromotrice d'auto-induction qui en résulte empêche la diminution du flux magnétique. Dans ce cas, le courant induit est dirigé de la même manière que celui d'origine. La force électromotrice auto-induite peut être plusieurs fois supérieure à la force électromotrice externe. C'est pourquoi ampoules très souvent, ils grillent lorsque les lumières sont éteintes.

Énergie du champ magnétique

Énergie du champ magnétique d'un circuit porteur de courant :

Le rayonnement radioactif est le rayonnement qu'un isotope libère lors de sa désintégration. Il en existe trois variétés : les rayons alpha (le flux des noyaux atomiques d'hélium), les rayons bêta (le flux d'électrons) et les rayons gamma ( un rayonnement électromagnétique). Pour l'homme, le plus dangereux est le rayonnement gamma.

La dose de rayonnement absorbée est égale au rapport entre l’énergie reçue par le corps et la masse corporelle. La dose d'absorption est désignée par la lettre D et se mesure en grays.

En pratique, l'unité de mesure est aussi le roentgen (R), égal à 2,58 fois 10 puissance moins 4 coulomb, divisé par kilogramme.

Le rayonnement absorbé peut s’accumuler avec le temps et sa dose augmente à mesure que dure l’irradiation.

Le débit de dose est déterminé par le rapport entre la dose de rayonnement absorbée et la durée d'irradiation. Il est désigné par la lettre N et se mesure en gris divisé par seconde.

Pour l’homme, la dose mortelle de rayonnement absorbé équivaut à 6 Gy. La dose de rayonnement maximale admissible pour l'homme est de 0,05 Gy par an.

BILLET 28 Question 1

Une particule élémentaire est un terme collectif qui fait référence à des micro-objets à l’échelle subnucléaire qui ne peuvent être divisés en leurs composants.

Il convient de garder à l'esprit que certaines particules élémentaires ( électron, neutrino, quarks etc.) sont actuellement considérés comme non structurés et considérés comme primaires particules fondamentales . D'autres particules élémentaires (appelées particules composites , y compris les particules qui composent le noyau atome - protons Et neutrons) ont une structure interne complexe, mais néanmoins, idées modernes, il est impossible de les séparer en parties en raison de l'effet confinement.

Au total avec antiparticules Plus de 350 particules élémentaires ont été découvertes. Parmi ceux-ci, les neutrinos photoniques, électroniques et muoniques, les électrons, les protons et leurs antiparticules sont stables. Les particules élémentaires restantes se désintègrent spontanément en un temps allant d'environ 1000 secondes (pour un neutron libre) à une fraction négligeable de seconde (de 10 −24 à 10 −22, pour résonances).

Avec les oscillations électromagnétiques, des changements périodiques dans la charge électrique, le courant et la tension se produisent. Les oscillations électromagnétiques sont divisées en gratuit, décoloration, forcé et les auto-oscillations.

Les oscillations libres sont appelées oscillations qui se produisent dans un système (condensateur et bobine) après qu'il soit retiré d'une position d'équilibre (lorsqu'une charge est transmise au condensateur). Plus précisément, des oscillations électromagnétiques libres se produisent lorsqu'un condensateur est déchargé à travers un inducteur. Forcé les oscillations sont appelées oscillations dans un circuit sous l'influence d'une force électromotrice externe changeant périodiquement.

Le système le plus simple, dans lequel des oscillations électromagnétiques libres sont observées, est circuit oscillatoire. se compose d’une inductance et d’un condensateur. Ce processus sera répété encore et encore. surgira vibrations électromagnétiques en raison de la conversion de l'énergie du champ électrique du condensateur.

· Le condensateur, chargé à partir de la batterie, acquerra une charge maximale au moment initial. Son énergie Nous sera maximum (Fig. a).

· Si le condensateur est court-circuité avec une bobine, il commencera à se décharger à ce moment-là (Fig. b). Du courant apparaîtra dans le circuit. À mesure que le condensateur se décharge, le courant dans le circuit et dans la bobine augmente. En raison du phénomène d’auto-induction, cela ne se produit pas instantanément. Énergie de la bobine Wm devient maximale (Fig. c).

· Le courant d'induction circule dans le même sens. Des charges électriques s'accumulent à nouveau sur le condensateur. Le condensateur est rechargé, c'est-à-dire La plaque du condensateur, précédemment chargée positivement, deviendra chargée négativement. L'énergie du condensateur devient maximale. Le courant dans cette direction s'arrêtera et le processus se répétera dans la direction opposée (Fig. d). Ce processus sera répété encore et encore. surgira vibrations électromagnétiques en raison de la conversion de l'énergie du champ électrique du condensateur en énergie du champ magnétique de la bobine de courant, et vice versa. S'il n'y a pas de pertes (résistance R = 0), alors l'intensité du courant, la charge et la tension changent dans le temps en fonction de loi harmonique. Les oscillations qui se produisent selon la loi du cosinus ou du sinus sont appelées harmoniques. L'équation vibration harmonique charge: .

Un circuit dans lequel il n’y a pas de perte d’énergie est un circuit oscillatoire idéal. Période d'oscillations électromagnétiques dans un circuit oscillatoire idéal dépend de l'inductance de la bobine et de la capacité du condensateur et se trouve selon La formule de Thomson où L est l'inductance de la bobine, C est la capacité du condensateur, T est la période des oscillations électriques.
Dans un circuit oscillatoire réel, les oscillations électromagnétiques libres seront décoloration en raison de la perte d'énergie lors du chauffage des fils. Pour une application pratique, il est important d'obtenir des oscillations électromagnétiques non amorties, et pour cela il est nécessaire de reconstituer le circuit oscillatoire en électricité afin de compenser les pertes d'énergie du générateur d'oscillations non amorties, qui est un exemple de système auto-oscillant.

Billet 29 question 1

Antiparticule - une particule jumelle d'une autre particule élémentaire, ayant le même masse et le même rotation, qui en diffère par les signes de toutes les autres caractéristiques d'interaction (des frais tels que électrique Et couleur charges, baryon et lepton nombres quantiques).

La définition même de ce qu’il faut appeler une « particule » dans une paire particule-antiparticule est largement arbitraire. Cependant, pour un choix donné de « particule », son antiparticule est déterminée de manière unique. La conservation du nombre de baryons dans les processus d'interaction faible permet de déterminer la « particule » dans n'importe quelle paire baryon-antibaryon de la chaîne des désintégrations baryoniques. Le choix d'un électron comme « particule » dans la paire électron-positon fixe (en raison de la conservation du nombre de leptons dans les processus interaction faible) détermination de l'état d'une « particule » dans une paire neutrino-antineutrino électronique. Transitions entre leptons différentes générations(type ) n’ont pas été observés, donc la définition d’une « particule » dans chaque génération de leptons, d’une manière générale, peut être faite indépendamment. Habituellement, par analogie avec un électron, les « particules » sont appelées chargées négativement. leptons, qui, tout en préservant le nombre de leptons, détermine le correspondant neutrino Et antineutrino. Pour bosons la notion de « particule » peut être fixée par définition, par exemple, hypercharge.