Перша експериментальна ланцюгова ядерна реакція. Керована ланцюгова реакція. Ядерні реактори

У яких частинки, що їх викликають, утворюються і як продукти цих реакцій. Такою реакцією є поділ урану та деяких трансуранових елементів (наприклад, 23 9 Pu) під впливом нейтронів. Вперше вона була здійснена Е. Фермі у 1942 р. Після відкриття поділу ядерУ. Зінн, Л. Сілард та Г. Н. Флеров показали, що при розподілі ядра урану Uвилітає більше одного нейтрона: n + U → А+В+ v. Тут Аі У- уламки поділу з масовими числами А від 90 до 150, v- Число вторинних нейтронів.

Коефіцієнт розмноження нейтронів. Для течії ланцюгової реакції необхідно, щоб середнє число звільнених нейтронів в даній масі урану не зменшувалося з часом, або щоб коефіцієнт розмноження нейтронів k був більшим або дорівнює одиниці.

Коефіцієнтом розмноження нейтронів називають відношення числа нейтронів в якомусь поколінні до нейтронів попереднього покоління. Під зміною поколінь розуміють розподіл ядер, у якому поглинаються нейтрони старого покоління і народжуються нові нейтрони.

Якщо k ≥ 1, то число нейтронів збільшується з часом або залишається постійним, і ланцюгова реакціяйде. При k > 1число нейтронів зменшується, і ланцюгова реакція неможлива.

З низки причин із усіх ядер, які у природі, реалізації ланцюгової ядер-ной реакції придатні лише ядра ізотопу . Коефіцієнт розмноження визначається: 1) захопленням повільних нейтронів ядрами наступним розподілом і захопленням швидких нейтронів ядрами і , а також з наступним розподілом; 2) захопленням нейтронів без поділу ядрами урану; 3) захопленням нейтронів продуктами розподілу, сповільнювачем та конструктивними елементамиустановки; 4) вильотом нейтронів з речовини, що ділиться назовні.

Лише перший процес супроводжується збільшенням числа нейтронів. Для стаціонарного перебігу реакції kповинно бути одно 1. Вже при k = 1,01майже миттєво станеться вибух.

Освіта плутонію. Внаслідок захоплення ізотопом урану нейтрону утворюється радіоактивний ізотоп з періодом напіврозпаду 23 хв. При розпаді виникає перший трансура-новий елемент нептуній:

.

β-радіоактивний нептуній (з періодом напіврозпаду близько двох днів), випромінюючи електрон, перетворюється на наступний трансурановий елемент. плутоній:

Період напіврозпаду плутонію 24000 років, та його найважливішою властивістю є здатність ділитися під впливом повільних нейтронів так само, як і ізотоп. За допомогою плутонію може бути здійснена ланцюгова реакція з виділенням величезної кількості енергії.

Ланцюгова реакція супроводжується виділенням величезної енергії; при розподілі кожного ядра виділяється 200 МеВ. При розподілі 1 ядер урану виділяється така ж енергія, як при спалюванні 3 вугілля або 2,5 т нафти.

РІВНЯННЯ ЛАНЦЮБНОЇ РЕАКЦІЇ. КЛАСИФІКАЦІЯ НЕЙРОНІВ

ПРИСТРІЙ І ПРИНЦИП РОБОТИ ГАЗОРОЗРЯДНОГО ЛІЧИЛЬНИКА

ПРИСТРІЙ І ПРИНЦИП РОБОТИ ІОНІЗАЦІЙНОЇ КАМЕРИ

Залежно від напруги детектор може працювати в режимі іонізаційної камери, пропорційного лічильника і лічильника Гейгера-Мюллера.

Найпростішим іонізаційним детектором є іонізаційна камера , Що являє собою конденсатор, що складається з двох паралельних пластин, простір між якими заповнений повітрям або газом. До електродів прикладається напруга близько 100 вольт, що відповідає 1 ділянці ВАХ. За відсутності іонізуючого випромінювання проміжок між електродами є діелектриком і струм у ланцюзі відсутня.

При дії іонізуючого випромінювання між електродами відбувається іонізація молекул і атомів газу та утворення позитивних та негативних іонів. Негативні іонирухаються до позитивного електрода, а позитивні іони навпаки. У ланцюзі виникає струм. Напруга між електродами підбирається таким, щоб всі іони, що утворилися, досягли електродів, не встигнувши рекомбінуватися, але і не розігналися б до такої міри, щоб викликати вторинну іонізацію.

Іонізаційні камери прості в експлуатації, характеризуються високою ефективністюреєстрації, але недоліками є низька чутливість. Напруга, що подається на електроди іонізаційної камери, повинна становити близько 100 В.

Газорозрядний лічильникявляє собою металевий або скляний циліндр, внутрішня поверхнявкрита металом, що є катодом. Уздовж осі циліндра натягується тонка металева нитка діаметром близько 100 мікрон, що є анодом.

Пропорційні лічильники працюють при напругах, що відповідають ділянці 2 ВАХ. При напрузі 100-1000 В між електродами створюється висока напруженість електричного поля і первинні іони, що утворилися, створюють вторинну іонізацію атомів і молекул газу. У таких лічильниках величина струму залежить від рівня іонізуючого випромінювання.

Лічильники Гейгера-Мюллера працюють на 3 ділянці ВАХ при напругах, що перевищують 1000 В. При дії іонізуючого випромінювання в просторі між електродами утворюються позитивні іони та негативні електрони, які рухаючись до анода створюють вторинну іонізацію. За рахунок високої напруженості електричного поля поблизу анода, пов'язаної з малою площею, вторинні електрони прискорюються настільки, що знову іонізують газ. Число електронів зростає лавиноподібно, виникає коронний розряд, який діє після припинення іонізуючого випромінювання. Заряд обривається включенням великого опору 1 МОм.

Лічильники Гейгера-Мюллера характеризуються високою ефективністю реєстрації та великою амплітудою сигналу (близько 40 вольт). Недоліки: мала роздільна здатність і великий часвідновлення.

Рівняння ланцюгової реакції:

де K – кількість вторинних нейтронів (2-3); q – теплова енергія

Ланцюгова ядерна реакціяполягає в тому, що під впливом нейтронів ядра атома урану розпадаються на легші ядра, звані уламки розподілу . При цьому утворюються вторинні нейтрони та виділяється теплова енергія. Вторинні нейтрони знову впливаючи на ядра урану призводять до їх поділу з утворенням нових нейтронів та виділення енергії. Процес повторюється, розвивається лавиноподібно та може призвести до ядерного вибуху.

Проте таке уявлення ядерної реакції є ідеалізованим, т.к. внаслідок захоплення нейтронів домішками та вильоту нейтронів з активної області ядерна реакція може згасати.

Для характеристики процесів, які у ядерної реакції, вводиться поняття коефіцієнт розмноження K , Що дорівнює відношенню кількості нейтронів в даний момент часу до кількості нейтронів у попередній момент часу.

До > 1 Ядерна реакція наростає і може призвести до вибуху

До< 1 Ядерная реакция затухает

К = 1 Ядерна реакція протікає стабільно

Класифікація нейтронів залежно від величини їхньої енергії:

УМОВИ ПРОТЕКУ ЯДЕРНОЇ РЕАКЦІЇ:

1) Уран повинен бути очищений від домішок та продуктів розпаду;

2) При ланцюговій реакції на швидких нейтронах необхідно збагачення природного урану, де його концентрація становить 0,7% до концентрації 15%.

3) При ланцюговій реакції на теплові нейтрони необхідно уникнути резонансного захоплення нейтроном ураном-238. Для цього використовуються сповільнювачі, виготовлені із графіту.

4) Система ядерного палива і сповільнювач має бути чергується, тобто. гетерогенна.

5) Система має бути сферичною;

6) Для здійснення ядерної реакції має бути достатньою кількість ядерного палива. Мінімальне значення ядерного палива, у якому ще протікає ядерна реакція, називається критична маса.

Ланцюгова ядерна реакція

Ланцюгова ядерна реакція- Послідовність одиничних ядерних реакцій , кожна з яких викликається часткою, що з'явилася як продукт реакції на попередньому етапі послідовності. Прикладом ланцюгової ядерної реакції є ланцюгова реакція поділу ядер важких елементів, коли основна кількість актів поділу ініціюється нейтронами , отриманими при розподілі ядер у попередньому поколінні.

Механізм енерговиділення

Перетворення речовини супроводжується виділенням вільної енергії лише в тому випадку, якщо речовина має запас енергій. Останнє означає, що мікрочастинки речовини перебувають у стані з більшою енергією спокою, ніж в іншому можливому, перехід в яке існує. Мимовільному переходу завжди перешкоджає енергетичний бар'єр, для подолання якого мікрочастинка має отримати ззовні якусь кількість енергії – енергії збудження. Екзоенергетична реакція полягає в тому, що в наступному за збудженням перетворення виділяється енергії більше, ніж потрібно для збудження процесу. Існують два способи подолання енергетичного бар'єру: або за рахунок кінетичної енергії частинок, що стикаються, або за рахунок енергії зв'язку частинки, що приєднується.

Якщо на увазі макроскопічні масштаби енерговиділення, то необхідну для збудження реакцій кінетичну енергію повинні мати всі або спочатку хоча б деяка частка частинок речовини. Це можна досягти тільки при підвищенні температури середовища до величини, при якій енергія теплового руху наближається до величини енергетичного порога, що обмежує перебіг процесу. У разі молекулярних перетворень, тобто хімічних реакцій, таке підвищення зазвичай становить сотні кельвінів, у разі ядерних реакцій - це мінімум 10 7 К через дуже велику висоту кулонівських бар'єрів ядер, що стикаються. Теплове збудження ядерних реакцій здійснено практично лише за синтезі найлегших ядер, які мають кулонівські бар'єри мінімальні (термоядерний синтез).

Порушення частинками, що приєднуються, не вимагає великої кінетичної енергії, і, отже, не залежить від температури середовища, оскільки відбувається за рахунок невикористаних зв'язків, властивих частинкам сил тяжіння. Зате для порушення реакцій необхідні самі частки. І якщо знову на увазі не окремий акт реакції, а отримання енергії в макроскопічних масштабах, то це можливо лише при виникненні ланцюгової реакції. Остання виникає, коли збуджуючі реакцію частинки знову з'являються як продукти екзоенергетичної реакції.

Ланцюгові реакції

Ланцюгові реакції широко поширені серед хімічних реакційде роль частинок з невикористаними зв'язками виконують вільні атоми або радикали. Механізм ланцюгової реакції при ядерних перетвореннях можуть забезпечити нейтрони, що не мають кулонівського бар'єру та збуджують ядра при поглинанні. Поява в середовищі необхідної частинки викликає ланцюг наступних, одна за одною реакцій, яка продовжується до обриву ланцюга внаслідок втрати частки-носія реакції. Основних причин втрат дві: поглинання частинки без вторинної випускання і догляд частки за межі обсягу речовини, що підтримує ланцюговий процес. Якщо кожному акті реакції з'являється лише одна частка-носій, то ланцюгова реакція називається нерозгалуженою. Нерозгалужена ланцюгова реакція не може призвести до енерговиділення у великих масштабах.

Якщо в кожному акті реакції або в деяких ланках ланцюга з'являється більше однієї частинки, виникає розгалужена ланцюгова реакція, бо одна з вторинних частинок продовжує розпочатий ланцюг, а інші дають нові ланцюги, які знову гілкуються. Щоправда, з процесом розгалуження конкурують процеси, що призводять до обривів ланцюгів, і ситуація породжує специфічні для розгалужених ланцюгових реакцій граничні або критичні явища. Якщо число обривів ланцюгів більше, ніж кількість нових ланцюгів, що з'являються, то ланцюгова реакція, що самопідтримується(СЛР) виявляється неможливою. Навіть якщо її збудити штучно, ввівши в середу якусь кількість необхідних частинок, то, оскільки кількість ланцюгів у цьому випадку може тільки зменшуватися, процес швидко загасає. Якщо ж число нових ланцюгів, що утворюються, перевищує число обривів, ланцюгова реакція швидко поширюється по всьому об'єму речовини при появі хоча б однієї початкової частки.

Область станів речовини з розвитком ланцюгової самопідтримуючої реакції відокремлена від області, де ланцюгова реакція взагалі неможлива, критичним станом. Критичний стан характеризується рівністю між числом нових ланцюгів та кількістю обривів.

Досягнення критичного стану визначається низкою чинників. Поділ важкого ядразбуджується одним нейтроном, а в результаті акта поділу з'являється більше одного нейтрону (наприклад, для 235 U число нейтронів, що народилися в одному акті поділу, в середньому дорівнює 2,5). Отже, процес поділу може породити розгалужену ланцюгову реакцію, носіями якої служитимуть нейтрони. Якщо швидкість втрат нейтронів (захоплень без поділу, вильотів з реакційного об'єму тощо) компенсує швидкість розмноження нейтронів таким чином, що ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів точно дорівнює одиниці, то ланцюгова реакція йде в стаціонарному режимі. Введення негативних зворотних зв'язків між ефективним коефіцієнтом розмноження та швидкістю енерговиділення дозволяє здійснити керовану ланцюгову реакцію, яка використовується, наприклад, в ядерній енергетиці. Якщо коефіцієнт розмноження більше одиниці, ланцюгова реакція розвивається експоненційно; Некерована ланцюгова реакція поділу використовується в ядерній зброї.

Див. також

• Ланцюгова хімічна реакція

Література

• Клімов А. Н. Ядерна фізика та ядерні реактори.- М. Атоміздат, .
• Левін Ст. Ядерна фізика та ядерні реактори/ 4-те вид. - М: Атоміздат, .
• Петунін В. П. Теплоенергетика ядерних установок.- М: Атоміздат, .

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитися що таке "Ланцюгова ядерна реакція" в інших словниках:

Chain nuclear reaction послідовність ядерних реакцій, збуджуваних частинками (наприклад, нейтронами), що у кожному акті реакції. Залежно від середньої кількості реакцій, що йдуть за однією попередньою меншою, рівною або… … Терміни атомної енергетики

ланцюгова ядерна реакція- Послідовність ядерних реакцій, збуджуваних частинками (наприклад, нейтронами), що у кожному акті реакції. Залежно від середньої кількості реакцій, що йдуть за однією попередньою меншою, рівною або перевищує одиницю реакція… …

ланцюгова ядерна реакція- grandininė branduolinė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. nuclear chain reaction vok. Kettenkernreaktion, f rus. ланцюгова ядерна реакція, f pranc. reaction en chaîne nucléaire, f; reaction nucléaire en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas

Реакція поділу атомних ядер важких елементів під дією нейтронів, у кожному акті до рій число нейтронів зростає, так що може виникнути самопідтримується процес поділу. Напр., при розподілі одного ядра ізотопу урану 235U під дією … Великий енциклопедичний політехнічний словник

Ланцюгова ядерна реакція- реакція поділу атомних ядер під впливом нейтронів, у кожному акті якої випромінюється щонайменше одного нейтрону, що забезпечує підтримку реакції. Використовується як джерело енергії в ядерних зарядах (вибухова Ц. я. р.) та ядерних реакторах. Словник військових термінів

ланцюгова ядерна реакція поділу на нейтронах- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика загалом EN divergent reaction … Довідник технічного перекладача

Ланцюгова ядерна реакція, що самопідтримується.- 7. Ланцюгова ядерна реакція, що самопідтримується СЦР Ланцюгова ядерна реакція, що характеризується значенням ефективного коефіцієнта розмноження, що перевищує або дорівнює одиниці

Ланцюгова реакція

Ланцюгова реакція- хімічна та ядерна реакція, в якій поява активної частки (вільного радикала або атома в хімічному, нейтрону в ядерному процесі) викликає велике число(ланцюг) послідовних перетворень неактивних молекул або ядер. Вільні радикали і багато атомів, на відміну від молекул, мають вільні ненасичені валентності (непарний електрон), що призводить до їх взаємодії з вихідними молекулами. При зіткненні вільного радикала (R ) з молекулою відбувається розрив одного з валентних зв'язків останньої і, таким чином, в результаті реакції утворюється новий вільний радикал, який реагує з іншою молекулою - відбувається ланцюгова реакція.

До ланцюгових реакцій у хімії відносяться процеси окислення (горіння, вибух), крекінгу, полімеризації та інші, що широко застосовуються в хімічній та нафтовій промисловості.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитися що таке "Ланцюгова реакція" в інших словниках:

Ланцюгова реакція, самопідтримується процес ядерного поділу, при якому одна реакція призводить до початку другої, друга третьої і так далі. Для початку реакції необхідні критичні умови, тобто маса матеріалу, здатного до розщеплення, … Науково-технічний енциклопедичний словник

ланцюгова реакція- всякий біологічний (або хіміко фізичний) процес, складений серією взаємопов'язаних процесівде продукт (або енергія) кожного етапу є учасником наступного етапу, що призводить до підтримки та (або) прискорення ланцюжка. Довідник технічного перекладача

ланцюгова реакція- 1) Реакція, що викликає велику кількість перетворень молекул вихідної речовини. 2) Самопідтримується реакція поділу атомних ядер важких елементів під впливом нейтронів. 3) розг. Про низку вчинків, станів тощо, при якому один чи один… Словник багатьох виразів

Chain reaction ланцюгова реакція. Будь-який біологічний (або хіміко-фізичний) процес, складений серією взаємопов'язаних процесів, де продукт (або енергія) кожного етапу є учасником наступного етапу, що призводить до підтримки та (або)… … Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник.

ланцюгова реакція- grandininė reakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminė ar branduolinė reakcija, kurios aktyvusis centras sukelia ilgą kitimų grandinę. atitikmenys: англ. chain reaction ukr. ланцюгова реакція … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ланцюгова реакція- grandininė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. chain reaction vok. Kettenkernreaktion, f; Kettenreaktion, f rus. ланцюгова реакція, f pranc. réaction en chaîne, f … Fizikos terminų žodynas

Розг. Про безперервний, безконтрольний процес залучення кого л., чого л. у що л. БМС 1998, 489; БТС, 1462 … Великий словник російських приказок

Ланцюгова реакція наукове поняття. А також «Ланцюгова реакція» назва кількох художніх фільмів: «Ланцюгова реакція» фільм СРСР 1962 року «Ланцюгова реакція» французька кримінальна кінокомедія 1963 року. «Ланцюгова… … Вікіпедія

Ланцюгова реакція наукове поняття. А також «Ланцюгова реакція» назва кількох художніх фільмів: «Ланцюгова реакція» фільм СРСР 1962 року. «Ланцюгова реакція» французька кримінальна кінокомедія 1963 року. «Ланцюгова реакція» фільм Австралії… … Вікіпедія

Ланцюгова реакція (фільм, 1963) Цей термін має й інші значення, див. Ланцюгова реакція (значення). Ланцюгова реакція Carambolages … Вікіпедія

Книги

• Ланцюгова реакція, Елкелес Симона. Вік 18+ 3 фішки: - Бестселер The New York Times, Amazon - Від автора світових бестселерів "Ідеальна хімія" та "Закон тяжіння"-Для тих, хто вірить, що кохання змінює все" Відмінна…

Це процес, у якому одна проведена реакція викликає наступні реакції такого самого типу.

При розподілі одного ядра урану нейтрони, що утворилися, можуть викликати поділу інших ядер урану, при цьому число нейтронів наростає лавиноподібно.

Відношення числа нейтронів, що утворилися, в одному акті поділу до таких нейтронів у попередньому акті поділу називається коефіцієнтом розмноження нейтронів k.

При k менше 1 реакція згасає, т.к. число поглинених нейтронів більше числа новостворених.
При k більше 1 майже миттєво відбувається вибух.
При k рівному 1 йде керована стаціонарна ланцюгова реакція.

Ланцюгова реакція супроводжується виділенням великої кількостіенергії.

Для здійснення ланцюгової реакції не можна використовувати будь-які ядра, що діляться під впливом нейтронів.

Використовується як паливо для атомних реакторів хімічний елементуран складається з двох ізотопів: урану-235 і урану - 238.

У природі ізотопи урану-235 становлять лише 0,7% від усього запасу урану, проте вони придатні щодо ланцюгової реакції, т.к. діляться під впливом повільних нейтронів.

Ядра урану-238 можуть ділитися лише під впливом нейтронів великої енергії(Швидких нейтронів). Таку енергію мають лише 60% нейтронів, що з'являються при розподілі ядра урану-238. Приблизно тільки 1 з 5 нейтронів, що утворилися, викликає розподіл ядра.

Умови протікання ланцюгової реакції в урані-235:

Мінімальна кількість палива (критична маса), необхідна для проведення керованої ланцюгової реакції в атомному реакторі
- швидкість нейтронів повинна викликати розподіл ядер урану
- відсутність домішок, що поглинають нейтрони

Критична маса:

Якщо маса урану мала, нейтрони вилітатимуть за його межі, не вступаючи в реакцію
- якщо маса урану велика, можливий вибух за рахунок сильного збільшення числа нейтронів
- якщо маса відповідає критичній, протікає керована ланцюгова реакція

Для урану-235 критична маса становить 50 кг (це, наприклад, куля з урану діаметром 9 см).

Перша керована ланцюгова реакція - США 1942 р. (Е.Ферми)
У СРСР – 1946 р. (І.В.Курчатов).

Закон електромагнітної індукції Фарадеяє основним законом електродинаміки, що стосується принципів роботи трансформаторів, дроселів, багатьох видів електродвигунів.

І генераторів. Закон свідчить:

Закон Фарадея як два різні явища[ред. редагувати вікі-текст]

Деякі фізики зазначають, що закон Фарадея в одному рівнянні описує два різних явищ: рухову ЕРС, що генерується дією магнітної сили на рухомий провід, і трансформаторну ЕРС, що генерується дією електричної сили внаслідок зміни магнітного поля. Джеймс Клерк Максвелло звернув увагу на цей факт у своїй роботі Про фізичні силових лініях 1861 року. У другій половині частини II цієї праці Максвелл дає окреме фізичне пояснення кожного з цих двох явищ. Посилання на ці два аспекти електромагнітної індукціїє у деяких сучасних підручниках. Як пише Річард Фейнман:

Закон Лоренца[ред. редагувати вікі-текст]

Заряд qу провіднику на лівій стороні петлі відчуває силу Лоренца q v × B k = −q v B(x C − w / 2) j   (j, k- одиничні вектори у напрямках yі z; див. векторний витвірвекторів), що викликає ЕРС (роботу на одиницю заряду) v ℓ B(x C − w / 2)по всій довжині лівого боку петлі. На правій стороні петля аналогічна міркування показує, що ЕРС дорівнює v ℓ B(x C + w / 2). Дві протилежні один одному ЕРС штовхають позитивний заряд до нижньої частини петлі. У разі, коли поле Bзростає вздовж х, сила на правій стороні буде більшою, а струм буде текти за годинниковою стрілкою. Використовуючи правило правої руки, ми отримуємо, що поле B, створюване струмом, протилежно доданому полю. ЕРС, що викликає струм, повинна збільшуватися у напрямку проти годинникової стрілки (на відміну струму). Складаючи ЕРС у напрямку проти годинникової стрілки вздовж петлі ми знаходимо:

Закон Фарадея[ред. редагувати вікі-текст]

Інтуїтивно привабливий, але хибний підхід до використання правила потоку виражає потік через ланцюг за формулою Φ B = B wℓ, де w- ширина петлі, що рухається. Цей вираз не залежить від часу, тому з цього неправильно випливає, що жодна ЕРС не генерується. Помилка цього твердження у тому, що у ньому не враховується весь шлях струму через замкнуту петлю.

Для правильного використанняправила потоку ми повинні розглянути весь шлях струму, який включає шлях через ободи на верхньому і нижньому дисках. Ми можемо вибрати довільний замкнутий шлях через ободи і петлю, що обертається, і за законом потоку знайти ЕРС цим шляхом. Будь-який шлях, який включає сегмент, прилеглий до петлі, що обертається, враховує відносний рух частин ланцюга.

Як приклад розглянемо шлях, що проходить у верхній частині ланцюга у напрямку обертання верхнього диска, а в нижній частині ланцюга - у протилежному напрямку до нижнього диска (показано стрілками на рис. 4). У цьому випадку якщо петля, що обертається, відхилилася на кут θ від колекторної петлі, то її можна розглядати як частину циліндра площею A = rℓ θ. Ця площа перпендикулярна до поля B, і внесок нею внесок у потік дорівнює:

де знак є негативним, тому що за правилом правої руки поле B , що генерується петлею зі струмом, протилежно у напрямку доданого поля B". Оскільки це тільки частина потоку, що залежить від часу, за законом потоку ЕРС дорівнює:

згідно з формулою закону Лоренца.

Тепер розглянемо інший шлях, у якому прохід ободами дисків виберемо через протилежні сегменти. У цьому випадку пов'язаний потік буде зменшуватисяпри збільшенні θ, але за правилом правої руки струмова петля додаєприкладене поле Bтому ЕРС для цього шляху буде точно таке ж значення, як і для першого шляху. Будь-який змішаний зворотний шлях призводить до того ж результату для значення ЕРС, так що це насправді не має значення, який шлях вибрати.

Термоядерна реакція - різновид ядерної реакції, при якій легкі атомні ядра об'єднуються в більш важкі за рахунок кінетичної енергії теплового руху. Походження терміна[ред. редагувати вікі-текст]

Для того, щоб відбулася ядерна реакція, вихідні атомні ядра повинні подолати так званий «кулонівський бар'єр» – силу електростатичного відштовхування між ними. Для цього вони повинні мати більшу кінетичну енергію. Згідно кінетичної теорії, Кінетичну енергію рухомих мікрочастинок речовини (атомів, молекул або іонів) можна представити у вигляді температури, а отже, нагріваючи речовину, можна досягти ядерної реакції. Саме цей взаємозв'язок нагрівання речовини та ядерної реакції і відображає термін «термоядерна реакція».

Кулонівський бар'єр[ред. редагувати вікі-текст]

Атомні ядра мають позитивний електричний заряд. На великих відстані їх заряди можуть бути екрановані електронами. Однак для того, щоб відбулося злиття ядер, вони повинні зблизитися на відстань, на якій діє сильна взаємодія. Ця відстань - порядку розміру самих ядер і багато разів менше розміруатома. На таких відстанях електронні оболонки атомів (навіть якби вони збереглися) вже не можуть екранувати заряди ядер, тому вони зазнають сильного електростатичного відштовхування. Сила цього відштовхування, відповідно до закону Кулона, обернено пропорційна квадрату відстані між зарядами. На відстанях порядку розміру ядер величина сильної взаємодії, яка прагне їх зв'язати, починає швидко зростати і стає більшою за величину кулонівського відштовхування.

Таким чином, щоб розпочати реакцію, ядра повинні подолати потенційний бар'єр. Наприклад, реакції дейтерий-тритий величина цього бар'єру становить приблизно 0,1 МеВ. Для порівняння, енергія іонізації водню – 13 еВ. Тому речовина, що бере участь у термоядерній реакції, буде практично повністю іонізованою плазмою.

Температура, еквівалентна 0,1 МеВ, приблизно дорівнює 10 9 К, проте є два ефекти, які знижують температуру, необхідну для термоядерної реакції:

· По-перше, температура характеризує лише середню кінетичну енергію, є частки як із меншою енергією, так і з більшою. Насправді в термоядерній реакції бере участь невелика кількість ядер, які мають енергію набагато більшу за середню (т. зв. «хвіст максвеллівського розподілу»

· По-друге, завдяки квантовим ефектам, ядра не обов'язково повинні мати енергію, що перевищує кулоновський бар'єр. Якщо їх енергія трохи менша за бар'єр, вони можуть з великою ймовірністю тунелювати крізь нього. [ джерело не вказано 339 днів]

Термоядерні реакції[ред. редагувати вікі-текст]

Деякі найважливіші екзотермічні термоядерні реакції з великими перерізами:

(1)

D

+

T

→

4He

(3.5 MeV)

+

n

(14.1 MeV)

(2)

D

+

D

→

T

(1.01 MeV)

+

p

(3.02 MeV)

(50 %)

(3)

→

3He

(0.82 MeV)

+

n

(2.45 MeV)

(50 %)

(4)

D

+

3He

→

4He

(3.6 MeV)

+

p

(14.7 MeV)

(5)

T

+

T

→

4He

+

n

+ 11.3 MeV

(6)

3He

+

3He

→

4He

+

p

(7)

3He

+

T

→

4He

+

p

+

n

+ 12.1 MeV

(51 %)

(8)

→

4He

(4.8 MeV)

+

D

(9.5 MeV)

(43 %)

(9)

→

4He

(0.5 MeV)

+

n

(1.9 MeV)

+

p

(11.9 MeV)

(6 %)

(10)

D

+

6Li

→

4He

+ 22.4 MeV -

(11)

p

+

6Li

→

4He

(1.7 MeV)

+

3He

(2.3 MeV)-

(12)

3He

+

6Li

→

4He

+

p

+ 16.9 MeV

(13)

p

+

11B

→

4He

+ 8.7 MeV

(14)

n

+

6Li

→

4He

+

T

+ 4.8 MeV

Мюонний каталіз[ред. редагувати вікі-текст]

Основна стаття: Мюонний каталіз

Термоядерна реакція може бути значно полегшена при введенні в реакційну плазму негативно заряджених мюонів.

Мюони µ − , вступаючи у взаємодію Космосу з термоядерним паливом, утворюють мезомолекули, у яких відстань між ядрами атомів палива трохи менше, що полегшує їх зближення і, крім того, підвищує ймовірність тунелювання ядер через кулоновський бар'єр.

Число реакцій синтезу X c, що ініціюється одним мюоном, обмежено величиною коефіцієнта прилипання мюона. Експериментально вдалося отримати значення X c ~100, тобто один мюон здатний вивільнити енергію ~ 100 × Х МеВ, де Х - енергетичний вихід реакції, що каталізується.

Поки що величина енергії, що звільняється, менша, ніж енергетичні витрати на виробництво самого мюона (5-10 ГеВ). Таким чином, мюонний каталіз поки що енергетично невигідний процес. Комерційно вигідне виробництвоенергії з використанням мюонного каталізу можливо при X c ~ 10 4 .

Застосування[ред. редагувати вікі-текст]

Застосування термоядерної реакції як практично невичерпного джерела енергії пов'язане насамперед із перспективою освоєння технології керованого термоядерного синтезу (УТС). В даний час наукова та технологічна база не дозволяє використовувати УТС у промислових масштабах.

Разом з тим, некерована термоядерна реакція знайшла своє застосування у військовій справі. Вперше термоядерний вибуховий пристрій був випробуваний у листопаді 1952 року в США, а вже у серпні 1953 року в Радянському Союзі випробували термоядерний вибуховий пристрій у вигляді авіабомби. Потужність термоядерного вибухового пристрою (на відміну від атомного) обмежена лише кількістю використовуваного для створення матеріалу, що дозволяє створювати вибухові пристрої практично будь-якої потужності.

КВИТОК 27 питання 1

Явище самоіндукції

Ми вже вивчили, що біля провідника зі струмом виникає магнітне поле. До того ж вивчили, що змінне магнітне поле породжує струм (явище електромагнітної індукції). Розглянемо електричний ланцюг. При зміні сили струму в цьому ланцюзі відбудеться зміна магнітного поля, внаслідок чого в цьому ж ланцюзі виникне додатковий індукційний струм. Таке явище називається самоіндукцією, А струм, що виникає при цьому, називається струмом самоіндукції.

Явище самоіндукції - це виникнення у провідному контурі ЕРС, створюваної внаслідок зміни сили струму у самому контурі.

Індуктивність контуру залежить від його форми та розмірів, від магнітних властивостей довкілляі залежить від сили струму в контурі.

ЕРС самоіндукції визначається за формулою:

Явище самоіндукції подібне до явища інерції. Так само, як у механіці не можна миттєво зупинити тіло, що рухається, так і струм не може миттєво набути певного значення за рахунок явища самоіндукції. Якщо ланцюг, що складається з двох паралельно підключених до джерела струму однакових ламп, послідовно з другою лампою включити котушку, то при замиканні ланцюга перша лампа спалахує практично відразу, а друга з помітним запізненням.

При розмиканні ланцюга сила струму швидко зменшується, і ЕРС самоіндукції, що виникає, перешкоджає зменшенню магнітного потоку. У цьому індукований струм спрямований як і, як і вихідний. ЕРС самоіндукції може багато в чому перевищити зовнішню ЕРС. Тому електричні лампочкидуже часто перегорають при вимкненні світла.

Енергія магнітного поля

Енергія магнітного поля контуру зі струмом:

Радіоактивне випромінювання – випромінювання, яке ізотоп виділяє при розпаді. Має три різновиди: альфа-промені (потік ядер атомів гелію), бета-промені (потік електронів) та гамма-промені ( електромагнітне випромінювання). Для людини найнебезпечнішим є гамма-випромінювання.

Доза поглиненого випромінювання дорівнює відношенню енергії, одержаної тілом, до маси тіла. Доза поглинання позначається буквою D та вимірюється у греях.

На практиці використовують також одиницю вимірювання рентген (Р), що дорівнює 2,58 помножити на 10 мінус 4 ступеня кулон, розділений на кілограм.

Поглинене випромінювання може накопичуватися з часом, його доза тим більша, чим більша тривалість опромінення.

Потужність дози визначається ставленням дози поглиненого випромінювання до часу опромінення. Позначається літерою N та вимірюється у греях, розділених на секунду.

Для людини смертельна доза поглиненого випромінювання еквівалентна 6 Гр. Гранично допустима для людини доза випромінювання – 0,05 Гр на рік.

КВИТОК 28 Питання 1

Елементарна частка - збірний термін, що відноситься до мікрооб'єктів у суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові.

Слід мати на увазі, що деякі елементарні частинки ( електрон, нейтрино, кваркиі т. д.) на даний момент вважаються безструктурними і розглядаються як первинні фундаментальні частки . Інші елементарні частки (так звані складові частки , у тому числі частинки, що становлять ядро атома - протониі нейтрони) мають складну внутрішню структуру, але, проте, сучасним уявленням, розділити їх на частини неможливо через ефект конфайнменту.

Всього разом із античастинкамивідкрито понад 350 елементарних частинок. З них стабільні фотон, електронне та мюонне нейтрино, електрон, протон та їх античастинки. Інші елементарні частинки мимоволі розпадаються за час приблизно від 1000 секунд (для вільного нейтрона) до мізерно малої частки секунди (від 10 −24 до 10 −22 , для резонансів).

При електромагнітних коливаннях відбувається періодичні зміни електричного заряду, сили струму та напруги. Електромагнітні коливання поділяються на вільні, загасаючі, вимушеніта автоколивання.

Вільними коливаннями називаються коливання, що виникають у системі (конденсатор і котушка) після виведення її з рівноваги (при повідомленні конденсатору заряду). Точніше, вільні електромагнітні коливання з'являються при розрядці конденсатора через котушку індуктивності. Вимушеними коливаннями називаються коливання в ланцюзі під дією зовнішньої електрорушійної сили, що періодично змінюється.

Найпростішою системою, в якій спостерігаються вільні електромагнітні коливання, коливальний контур.складається з котушки індуктивності та конденсатора. Цей процес повторюватиметься знову і знову. Виникнуть електромагнітні коливаннячерез перетворення енергії електричного поля конденсатора.

· Конденсатор, заряджаючись від батареї, у початковий момент часу набуде максимального заряду. Його енергія W ебуде максимальною (рис. а).

· Якщо конденсатор замкнути на котушку, то в цей момент він почне розряджатися (рис. б). У ланцюзі з'явиться струм. У міру розрядки конденсатора струм у ланцюгу та в котушці зростає. Через явище самоіндукції це відбувається миттєво. Енергія котушки W мстає максимальною (рис. в).

· Індукційний струм тече у той самий бік. Електричні заряди знову накопичуються на конденсаторі. Конденсатор перезаряджається, тобто. обкладка конденсатора, насамперед позитивно заряджена, буде заряджена негативно. Енергія конденсатора стає максимальною. Струм у цьому напрямку припиниться, і процес повториться у зворотному напрямку (рис. г). Цей процес повторюватиметься знову і знову. Виникнуть електромагнітні коливаннячерез перетворення енергії електричного поля конденсатора в енергію магнітного поля котушки зі струмом і навпаки. Якщо відсутні втрати (опір R=0), то сила струму, заряд і напруга з часом змінюються гармонійному закону. Коливання, що відбуваються згідно із законом косинуса чи синуса, називаються гармонійними. Рівняння гармонійного коливаннязаряду: .

Контур, в якому немає втрат енергії, є ідеальним коливальним контуром. Період електромагнітних коливаньв ідеальному коливальному контурі залежить від індуктивності котушки та ємності конденсатора і знаходиться по формулі Томсонаде L – індуктивність котушки, С – ємність конденсатора, T – період е/м коливань.
У реальному коливальному контурі вільні електромагнітні коливання будуть загасаючими через втрату енергії при нагріванні проводів. Для практичного застосування важливо отримати електромагнітні коливання, що незатухають, а для цього необхідно коливальний контур поповнювати електроенергією, щоб компенсувати втрати енергії від генератора незагасаючих коливань, який є прикладом автоколивальної системи.

Квиток 29 питання 1

Античастка - частинка-двійник деякої іншої елементарної частки, що володіє тією ж масоюі тим самим спином, що відрізняється від неї знаками всіх інших характеристик взаємодії (зарядів, таких як електричнийі колірнийзаряди, баріонне та лептонне квантові числа).

Саме визначення того, що називати «часткою» у парі частка-античастка, значною мірою умовне. Однак при даному виборі "частки" її античастка визначається однозначно. Збереження баріонного числа в процесах слабкої взаємодії дозволяє по ланцюжку розпадів баріонів визначити «частку» у будь-якій парі баріон-антибаріон. Вибір електрона як «частки» у парі електрон-позитрон фіксує (внаслідок збереження лептонного числа у процесах слабкої взаємодії) визначення стану «частки» у парі електронних нейтрино-антинейтрино. Переходи між лептонами різних поколінь(Типу) не спостерігалися, так що визначення «частки» в кожному поколінні лептонів, взагалі кажучи, може бути зроблено незалежно. Зазвичай за аналогією з електроном «частинками» називають негативно заряджені лептонищо при збереженні лептонного числа визначає відповідні нейтриноі антинейтрино. Для бозонівпоняття «частка» може фіксуватися визначенням, наприклад, гіперзаряду.