Rregullimi i shkallës së ndarjes bërthamore të atomeve të rënda. atom "paqësor". Fatkeqësitë mjedisore në termocentralet bërthamore

Pasi u krye një reaksion zinxhir i pakontrolluar, i cili bëri të mundur marrjen e një sasie gjigande energjie, shkencëtarët vendosën detyrën për të kryer një reaksion zinxhir të kontrolluar. Thelbi i një reaksioni zinxhir të kontrolluar është aftësia për të kontrolluar neutronet. Ky parim është zbatuar me sukses në termocentralet bërthamore (NPP).

Energjia e ndarjes së bërthamave të uraniumit përdoret në termocentralet bërthamore (NPP). Procesi i ndarjes së uraniumit është shumë i rrezikshëm. Prandaj, reaktorët bërthamorë janë të rrethuar nga predha të dendura mbrojtëse. Një lloj i zakonshëm i reaktorit të ujit nën presion.

Bartësi i nxehtësisë është uji. Ujë të ftohtë hyn në reaktor nën presion shumë të lartë, gjë që e pengon atë të vlojë.

Uji i ftohtë, duke kaluar nëpër bërthamën e reaktorit, gjithashtu vepron si një moderator - ai ngadalëson neutronet e shpejta në mënyrë që ata të godasin bërthamat e uraniumit dhe të shkaktojnë një reaksion zinxhir.

Karburanti bërthamor (uraniumi) është në bërthamë në formën e shufrave të montimit të karburantit. Shufrat e karburantit në montim alternojnë me shufra kontrolli që rregullojnë shkallën e ndarjes bërthamore duke thithur neutrone të shpejtë.

Lirohet pas ndarjes nje numer i madh i ngrohjes. Uji i ngrohur largohet nga bërthama nën presion në një temperaturë prej 300°C dhe hyn në termocentralin, ku janë vendosur gjeneratorët dhe turbinat.

Uji i nxehtë nga reaktori ngroh ujin e qarkut dytësor në një valë. Avulli dërgohet në tehet e turbinës dhe e rrotullon atë. Boshti rrotullues transferon energjinë te gjeneratori. Në gjenerator, energjia mekanike e rrotullimit shndërrohet në energji elektrike. Avulli ftohet dhe uji kthehet përsëri në reaktor.

Si rezultat i këtyre proceseve komplekse, një termocentral bërthamor prodhon energji elektrike.

Siç mund ta shihni, izotopi i zbërthyer ndodhet në shufrat e karburantit të vendosura në bërthamën e reaktorit, duke formuar një masë kritike. Reaksioni bërthamor kontrollohet nga shufra kontrolli të bëra nga bor ose kadmium. Shufrat e kontrollit, si shufrat e karburantit, janë të vendosura në bërthamën e reaktorit dhe, si një sfungjer që thith ujin, veprojnë mbi neutronet, duke i thithur ato. Operatori i NPP, duke rregulluar numrin e shufrave të kontrollit në bërthamën e reaktorit, kontrollon shpejtësinë e procesit bërthamor: e ngadalëson atë duke ulur shufrat e kontrollit në bërthamën e reaktorit; ose përshpejton - duke ngritur shufrat.

Duket se gjithçka është në rregull - energjia bërthamore është një burim i pashtershëm i teknologjisë së lartë të energjisë elektrike dhe e ardhmja i përket asaj. Kështu menduan njerëzit përpara 26 gushtit 1986. Aksidenti në bllokun e katërt të termocentralit bërthamor të Çernobilit ktheu gjithçka përmbys - atomi "paqësor" doli të ishte jo aq paqësor, nëse trajtohej me përbuzje.

Për këtë është shkruar shumë material. Këtu do të jepet kuintesenca (esenca e ngjeshur) e katastrofës.

Shkaqet kryesore të aksidentit të njësisë së 4-të të energjisë të termocentralit bërthamor të Çernobilit:

  1. Programi i menduar mirë i pamjaftueshëm i eksperimentit teknologjik mbi mbarimin e turbogjeneratorit;
  2. Llogaritjet e gabuara të zhvilluesve të bërthamës Reaktori RBMK, ku një rol të rëndësishëm ka luajtur mungesa e informacionit operacional mbi marzhin e reaktivitetit në thelbin e sistemit të kontrollit;
  3. "Liritë" e personelit të NPP-së që kreu eksperimentin dhe lejuan devijime nga rregulloret e punës që po kryhej.

E gjithë kjo së bashku çoi në katastrofë. Midis specialistëve që hetonin ngjarjet në Çernobil, kishte diçka si kjo formulë: "Operatorët arritën të hidhnin në erë bllokun dhe reaktori i lejoi ata ta bënin atë". Një pjesë e fajit të Çernobilit qëndron tek pothuajse të gjithë - dhe tek fizikanët që kryejnë llogaritjet duke përdorur modele të thjeshtuara, dhe tek montuesit që saldojnë pa kujdes qepjet dhe tek operatorët që i lejojnë vetes të shpërfillin orarin e punës.

Anatomia e aksidentit të Çernobilit me pak fjalë

1. U lejua reduktimi i fuqisë së reaktorit në një vlerë shumë të vogël (afërsisht 1% e vlerës nominale). Kjo është "e keqe" për reaktorin, sepse ai bie në "gropë të jodit" dhe fillon helmimi me ksenon i reaktorit. Sipas "normales" - ishte e nevojshme mbyllja e reaktorit, por në këtë rast nuk do të ishte kryer eksperimenti për mbarimin e turbinës, me të gjitha pasojat administrative që rrjedhin nga kjo. Si rezultat, personeli i Çernobilit vendosi të rrisë fuqinë e reaktorit dhe të vazhdojë eksperimentin.

2. Nga materiali i paraqitur më sipër shihet se operatori i NPP mund të kontrollojë shpejtësinë e reaksionit bërthamor (fuqinë e reaktorit) duke lëvizur shufrat e kontrollit në bërthamën e reaktorit. Për të rritur fuqinë e reaktorit (për të përfunduar eksperimentin), pothuajse të gjitha shufrat e kontrollit u hoqën nga bërthama e reaktorit.

Për ta bërë më të qartë për një lexues që nuk është i njohur me "hollëzat bërthamore", analogjia e mëposhtme mund të bëhet me një ngarkesë të pezulluar në një susta:

  • Ngarkesa (ose më mirë pozicioni i saj) është fuqia e reaktorit;
  • Susta është një mjet për të kontrolluar ngarkesën (fuqinë e reaktorit).
  • Në pozicionin normal, pesha dhe susta janë në ekuilibër - pesha është në një lartësi të caktuar, dhe susta shtrihet me një sasi të caktuar.
  • Me dështimin e fuqisë së reaktorit ("gropë e jodit") - ngarkesa zbriti në tokë (dhe shkoi shumë fort).
  • Për të "tërhequr" reaktorin, operatori "tërhoqi sustën" (tërhoqi shufrat e kontrollit; por ishte e nevojshme pikërisht e kundërta - të futeshin të gjitha shufrat dhe të mbyllnin reaktorin, d.m.th., të lëshonin pranverën në mënyrë që ngarkesa bie në tokë). Por, sistemi ngarkesë-sustë ka njëfarë inercie dhe për ca kohë pasi operatori filloi të tërhiqte sustën lart, ngarkesa ende lëviz poshtë. Dhe operatori vazhdon të tërhiqet.
  • Më në fund, ngarkesa arrin pikën e saj më të ulët dhe nën ndikimin e forcave (tashmë të mira) të pranverës, ajo fillon të lëvizë lart - fuqia e reaktorit fillon të rritet ndjeshëm. Ngarkesa po fluturon lart gjithnjë e më shpejt (një reaksion zinxhir i pakontrolluar me lëshimin e një sasie të madhe nxehtësie), dhe operatori nuk mund të bëjë më asgjë për të shuar inercinë e lëvizjes lart të ngarkesës. Si rezultat, ngarkesa godet operatorin në ballë.

Po, operatorët e termocentralit bërthamor të Çernobilit, të cilët lejuan shpërthimin e njësisë së energjisë, paguan çmimin më të lartë për gabimin e tyre - jetën e tyre.

Pse veproi në këtë mënyrë personeli i termocentralit bërthamor të Çernobilit? Një nga arsyet ishte fakti se sistemi i kontrollit të reaktorit bërthamor nuk i siguronte operatorit informacion operacional për proceset e rrezikshme që ndodhnin në reaktor.

Kështu e fillon librin e tij A.S. Dyatlov "Çernobili. Si ishte":

Më 26 prill 1986, në një orë e njëzet e tre minuta dyzet sekonda, Alexander Akimov, mbikëqyrësi i turnit të Njësisë 4 të Çernobilit, urdhëroi mbylljen e reaktorit në fund të punës së kryer përpara mbylljes së njësisë së energjisë për riparimet e planifikuara. Komanda u dha në një mjedis të qetë pune, sistemi i centralizuar i kontrollit nuk regjistron një sinjal të vetëm emergjence ose paralajmërimi për devijimin e parametrave të reaktorit ose sistemeve të shërbimit. Operatori i reaktorit Leonid Toptunov hoqi kapakun nga butoni AZ, i cili parandalon shtypjen e gabuar aksidentale, dhe shtypi butonin. Në këtë sinjal, 187 shufra kontrolli të reaktorit filluan të lëvizin poshtë në bërthamë. Llambat e dritës së prapme në panelin mnemonik u ndezën dhe shigjetat e treguesve të pozicionit të shufrës filluan të lëvizin. Alexander Akimov, duke qëndruar gjysmë i kthyer në panelin e kontrollit të reaktorit, e pa këtë, gjithashtu pa që "lepurushët" e treguesve të çekuilibrit AR "shihën në të majtë" (shprehja e tij), siç duhej të ishte, që nënkuptonte një ulje të fuqia e reaktorit, u kthye në panelin e sigurisë, pas së cilës u vëzhgua në eksperiment.
Por më pas ndodhi diçka që as fantazia më e shfrenuar nuk mund ta parashikonte. Pas një rënie të lehtë, fuqia e reaktorit filloi të rritet papritmas me një ritëm gjithnjë në rritje, u shfaqën alarmet. L. Toptunov bërtiti për një rritje urgjente të pushtetit. Por ai nuk mund të bënte asgjë. Ai bëri gjithçka që mundi - mbajti butonin AZ, shufrat CPS hynë në thelb. Nuk ka burime të tjera në dispozicion të tij. Po, dhe të gjithë të tjerët gjithashtu. A. Akimov bërtiti ashpër: "Fikeni reaktorin!" Ai u hodh në tastierë dhe çaktivizoi kthetrat elektromagnetike të disqeve të shufrës CPS. Veprimi është i saktë, por i padobishëm. Në fund të fundit, logjika CPS, domethënë të gjithë elementët e saj të qarqeve logjike, funksionuan si duhet, shufrat hynë në zonë. Tani është e qartë - pas shtypjes së butonit AZ nuk kishte veprime të sakta, nuk kishte asnjë mjet shpëtimi. Logjika tjetër dështoi!
Me një interval të shkurtër pasuan dy shpërthime të fuqishme. Shufrat AZ ndaluan së lëvizuri përpara se të shkonin në gjysmë të rrugës. Nuk kishin ku të shkonin tjetër.
Në një orë, njëzet e tre minuta, dyzet e shtatë sekonda, reaktori u shkatërrua nga një nxitje e fuqisë në neutronet e shpejtë. Ky është një kolaps, katastrofa e fundit që mund të ndodhë në një reaktor të energjisë. Ata nuk e kuptuan, nuk u përgatitën për të, nuk sigurohen masa teknike për lokalizimin në bllok dhe stacion ...

Domethënë, pak sekonda para katastrofës, stafi as që dyshonte për rrezikun që po afrohej! Fundi i gjithë kësaj situate absurde ishte shtypja e butonit të urgjencës, pas së cilës ndodhi një shpërthim - ju nxitoni në një makinë dhe shtypni frenat para një pengese, por makina përshpejton edhe më shumë dhe përplaset në një pengesë. Me drejtësi, duhet thënë se shtypja e butonit të urgjencës nuk mund të ndikojë më në situatë - vetëm përshpejtoi shpërthimin e pashmangshëm të reaktorit për disa momente, por fakti mbetet - mbrojtja emergjente shpërtheu reaktorin !

Ndikimi i rrezatimit tek njerëzit

Pse katastrofat bërthamore të shkaktuara nga njeriu (për të mos përmendur armët bërthamore) janë kaq të rrezikshme?

Përveç çlirimit të një sasie të madhe energjie, e cila çon në shkatërrime të mëdha, reaksionet bërthamore shoqërohen me rrezatim dhe, si rezultat, ndotje nga rrezatimi të zonës.

Pse rrezatimi është kaq i dëmshëm për një organizëm të gjallë? Nëse nuk do të sillte një dëm të tillë për të gjitha gjallesat, atëherë të gjithë do ta kishin harruar prej kohësh aksidentin e Çernobilit dhe bombat atomike do të hidheshin majtas dhe djathtas.

Rrezatimi shkatërron qelizat e një organizmi të gjallë në dy mënyra:

  1. për shkak të ngrohjes (djegie nga rrezatimi);
  2. për shkak të jonizimit të qelizave (sëmundja nga rrezatimi).

Grimcat radioaktive dhe vetë rrezatimi kanë energji të lartë kinetike. Rrezatimi gjeneron nxehtësi. Kjo nxehtësi, për analogji me një djegie nga dielli, shkakton një djegie nga rrezatimi, duke shkatërruar indet e trupit.

Reaksioni i ndarjes bërthamore të neutronit të bërthamave të rënda, siç u përmend tashmë, është reagimi kryesor dhe qendror në reaktorët bërthamorë. Prandaj, ka kuptim që në fillim të njihemi me konceptet fizike të reaksionit të ndarjes dhe ato të veçorive të tij që në një mënyrë ose në një tjetër lënë gjurmë në të gjitha aspektet e jetës dhe jetës së kompleksit teknik më kompleks, i cili është i quajtur Centrali Bërthamor.

Fig. 2.6 jep një ide të ndarjes së bërthamës së uranium-235 në imazhet vizuale.

Bërthama e neutronit në masë A Bërthama e përbërë e ngacmuar Fragmente të ndarjes

neutronet e ndarjes

Fig.2.6. Paraqitja skematike e ndarjes bërthamore 235 U.

Bazuar në këtë diagram, "ekuacioni" i përgjithësuar për reaksionin e ndarjes (i cili është më shumë logjik sesa rreptësisht matematikor) mund të shkruhet si:

235 U + 1 n  (236 U) *  (F 1)* + (F 2)* +  5. 1 n + a + b + c + E

- (F 1)* dhe (F 2)* - simbolet i emocionuar fragmente të ndarjes (në tekstin e mëtejmë, indeksi (*) tregon elemente të paqëndrueshme, të ngacmuara ose radioaktive); një fragment (F 1)* ka një masë A 1 dhe një ngarkesë Z 1 , një fragment (F 2) * ka një masë A 2 dhe një ngarkesë Z 2 ;

-  5 . 1 n tregon  5 neutrone të zbërthimit të çliruar mesatarisht në çdo akt të ndarjes së bërthamës së uraniumit-235;

- ,  dhe  - -grimca, -grimca dhe -kuante, numrat mesatarë të të cilave për akt të ndarjes së bërthamës së uraniumit-235 janë përkatësisht a, b dhe c;

    E është sasia mesatare e energjisë së çliruar në aktin e ndarjes.

Theksojmë sërish: shprehja e shkruar më sipër nuk është një ekuacion në kuptimin e ngushtë të fjalës; është më tepër vetëm një formë shënimi që është e lehtë për t'u mbajtur mend dhe pasqyron tiparet kryesore të reaksionit të ndarjes së neutronit:

a) formimi i fragmenteve të ndarjes;

b) formimi i neutroneve të reja të lira gjatë zbërthimit, të cilin tash e tutje do ta quajmë shkurtimisht neutronet e ndarjes;

c) radioaktiviteti i fragmenteve të ndarjes, i cili shkakton shndërrimet e tyre të mëtejshme në formacione më të qëndrueshme, për shkak të të cilit një sërë Efektet anësore- pozitive, të dobishme dhe negative, të cilat duhet të merren parasysh gjatë projektimit, ndërtimit dhe funksionimit të reaktorëve bërthamorë;

d) çlirimi i energjisë gjatë ndarjes - vetia kryesore e reaksionit të ndarjes, e cila ju lejon të krijoni energji reaktor bërthamor.

Secili nga proceset fizike të listuara më sipër, që shoqëron reaksionin e ndarjes, luan një rol të caktuar në reaktor dhe ka të vetin praktik. kuptimi. Pra, le t'i njohim më në detaje.

2.2.1. Formimi i fragmenteve të ndarjes. Mund të flitet për një akt të vetëm të ndarjes bërthamore si fenomen në një masë të caktuar e rastit, duke pasur parasysh se bërthama e rëndë e uraniumit, e përbërë nga 92 protone dhe 143 neutrone, është thelbësisht e aftë të ndahet në një numër të ndryshëm fragmentesh me masa atomike të ndryshme. Në këtë rast, vlerësimi i mundësisë së ndarjes bërthamore në 2, 3 ose më shumë fragmente mund të trajtohet me masa probabiliste. Sipas të dhënave të dhëna, probabiliteti i ndarjes bërthamore në dy fragmente është më shumë se 98%, prandaj, pjesa dërrmuese e ndarjes përfundon me formimin e saktësisht dy fragmenteve.

Studimet spektroskopike të produkteve të ndarjes kanë krijuar më shumë se 600 fragmente të ndarjes cilësisht të ndryshme me masa atomike të ndryshme. Dhe këtu, në dukje rastësi, me një numër të madh ndarjesh, një rregull i përgjithshëm, që shkurtimisht mund të shprehet si më poshtë:

Probabiliteti i shfaqjes së një fragmenti të një mase të caktuar atomike gjatë ndarjes masive të një nuklidi të veçantë është një vlerë e përcaktuar rreptësisht e natyrshme në këtë nuklid të zbërthyer.

Kjo sasi quhet rendimenti i fragmentit , e shënuar me një shkronjë të vogël greke i(gama) me nënshkrim - simboli i elementit kimik, bërthama e të cilit është ky fragment, ose simboli i izotopit.

Për shembull, në eksperimentet fizike, u regjistrua se një fragment i ksenon-135 (135 Xe) gjatë çdo mijë ndarje të 235 bërthamave U shfaqet mesatarisht në tre raste. Kjo do të thotë se rendimenti specifik i fragmentit 135 Xe është

Xe= 3/1000 = 0,003 e të gjitha ndarjeve,

dhe në lidhje me një akt të vetëm të ndarjes bërthamore 235 U, vlera  Xe = 0,003 = 0,3% - është probabiliteti që ndarja të përfundojë me formimin e një fragmenti 135 Heh.

Një vlerësim i qartë i modeleve të formimit të fragmenteve të ndarjes me masa të ndryshme atomike jepet nga kthesat e rendimentit specifik të fragmenteve (Fig. 2.7).

10

70 80 90 100 110 120 130 140 150 A, amu

Oriz. 2.7. Rendimentet specifike të fragmenteve të ndarjes së masave të ndryshme atomike

në ndarjen e 235 U (vijë e ngurtë) dhe 239 Pu (vijë e ndërprerë).

Natyra e këtyre kthesave na lejon të konkludojmë në vijim:

a) Masat atomike të fragmenteve të formuara gjatë ndarjes, në shumicën dërrmuese të rasteve, shtrihen brenda orës 70  165 a.m.u. Rendimenti specifik i fragmenteve më të lehta dhe më të rënda është shumë i vogël (nuk kalon 10 -4%).

b) Fisioni simetrik bërthamor (d.m.th., ndarja në dy fragmente me masa të barabarta) është jashtëzakonisht e rrallë: rendimenti i tyre specifik nuk kalon 0,01% për bërthamat e uraniumit-235 dhe 0,04% për bërthamat e plutonium-239.

c) Më së shpeshti formohen mushkëritë fragmente me numra masiv brenda 83 104 a.m.u. Dhe i rëndë fragmente me A = 128  149 a.m.u. (rendimenti i tyre specifik është 1% ose më shumë).

d) Fizioni i 239 Pu nën veprimin e neutroneve termike çon në formimin e disa më të rënda fragmente në krahasim me 235 fragmente të ndarjes U.

*) Në të ardhmen, kur studiojmë kinetikën e reaktorit dhe proceset e helmimit dhe skorjeve të tij, më shumë se një herë do të duhet t'i drejtohemi vlerave të rendimenteve specifike të shumë fragmenteve të ndarjes kur përpilojmë ekuacione diferenciale që përshkruajnë fizikun proceset në bërthamën e reaktorit.

Lehtësia e kësaj vlere është se, duke ditur shkallën e reaksionit të ndarjes (numrin e ndarjeve për njësi vëllimi të përbërjes së karburantit për njësi të kohës), është e lehtë të llogaritet shpejtësia e formimit të çdo fragmenti të ndarjes, akumulimi i të cilave në reaktori ndikon disi në funksionimin e tij:

Shkalla e gjenerimit të fragmentit i-të = i (shkalla e reaksionit të ndarjes)

Dhe një vërejtje tjetër lidhur me formimin e fragmenteve të ndarjes. Fragmentet e ndarjes të krijuara gjatë ndarjes kanë energji të larta kinetike. Duke transferuar energjinë e tyre kinetike gjatë përplasjeve me atomet e mediumit të përbërjes së karburantit, fragmentet e ndarjes në këtë mënyrë rritja e nivelit mesatar të energjisë kinetike të atomeve dhe molekulave, e cila, në përputhje me idetë e teorisë kinetike, nga ne perceptohet si rritja e temperaturës përbërjen e karburantit ose të dyja shpërndarjen e nxehtësisë në të.

Shumica e nxehtësisë në reaktor gjenerohet në këtë mënyrë.

Ky është një rol pozitiv i caktuar i formimit të fragmenteve në procesin e punës së një reaktori të energjisë bërthamore.

2.2.2. Formimi i neutroneve të ndarjes. Dukuria kryesore fizike që shoqëron procesin e ndarjes së bërthamave të rënda është emetimi i neutroneve sekondare të shpejta nga fragmente të ngacmuara të ndarjes, ndryshe thirrur neutronet e shpejta ose neutronet e ndarjes.

Rëndësia e këtij fenomeni (zbuluar nga F. Joliot-Curie me bashkëpunëtorët - Albano dhe Kovarsky - në 1939) është e padiskutueshme: është falë tij që gjatë ndarjes së bërthamave të rënda, neutronet e reja të lira shfaqen që zëvendësojnë ato që shkaktuan ndarje; këto neutrone të reja mund të ndërveprojnë me bërthama të tjera të zbërthyeshme në lëndë djegëse dhe të shkaktojnë ndarjen e tyre, të shoqëruar nga emetimi i neutroneve të reja të ndarjes, etj. Kjo do të thotë, për shkak të formimit të neutroneve të ndarjes, bëhet e mundur organizojnë procesi i ndarjeve që ndjekin në mënyrë të njëtrajtshme njëra-tjetrën në kohë pa furnizuar me neutrone të lira mediumin që përmban karburant nga një burim i jashtëm. Në një dërgesë të tillë, thënë thjesht, jo e nevojshme, sapo të gjenden “mjetet” me të cilat kryhet ndarja bërthamore këtu, pikërisht në këtë mjedis, në një gjendje të lidhur në bërthamat e zbërthyeshme; për të "përdorur" neutronet e lidhur, ata vetëm duhet të lirohen, domethënë bërthama ndahet në fragmente, dhe më pas vetë fragmentet do të përfundojnë gjithçka: për shkak të gjendjes së tyre të ngacmuar, ata do të lëshojnë neutrone "ekstra". nga përbërja e tyre, duke ndërhyrë në qëndrueshmërinë e tyre, për më tepër, kjo do të ndodhë në një kohë të rendit 10 -15 - 10 -13 s, që përkon sipas madhësisë me kohën e kaluar nga bërthama e përbërë në një gjendje të ngacmuar. Kjo rastësi lindi nocionin se shfaqen neutronet e ndarjes jo nga fragmente të ngacmuara të ndarjes të mbingopura me neutrone pas përfundimit të ndarjes, por drejtpërdrejt në atë periudhë të shkurtër kohore gjatë së cilës ndodh ndarja bërthamore. Kjo nuk është pas akti i ndarjes dhe gjatë ky akt, sikur njëkohësisht me shkatërrimin e bërthamës. Për të njëjtën arsye, këto neutrone shpesh quhen neutronet e shpejta.

Një analizë e kombinimeve të mundshme të protoneve dhe neutroneve në bërthama të qëndrueshme me masa të ndryshme atomike (kujtoni diagramin e bërthamave të qëndrueshme) dhe krahasimi i tyre me përbërjen cilësore të produkteve të ndarjes tregoi se probabiliteti i formimittë qëndrueshme fragmentet gjatë ndarjes është shumë i vogël. Dhe kjo do të thotë se shumica dërrmuese e fragmenteve lindin e paqëndrueshme dhe mund të lëshojë një, dy, tre ose edhe më shumë neutrone të ndarjes "të tepërta" për stabilitetin e tyre, për më tepër, është e qartë se çdo fragment specifik i ngacmuar duhet të lëshojë vet, të përcaktuar rreptësisht numri i neutroneve të ndarjes "të tepërt" për qëndrueshmërinë e tij.

Por meqenëse çdo fragment me një numër të madh ndarjesh ka një rendiment specifik të përcaktuar rreptësisht, atëherë me një numër të caktuar të madh të ndarjeve, numri i fragmenteve të formuara të ndarjes së secilit lloj do të jetë gjithashtu i caktuar, dhe, rrjedhimisht, numri i neutroneve të ndarjes që emetohen. sipas fragmenteve të secilit lloj do të jetë gjithashtu i sigurt, por, Kjo do të thotë se numri i tyre i përgjithshëm do të jetë gjithashtu i sigurt. Duke pjesëtuar numrin e përgjithshëm të neutroneve të marra në ndarje me numrin e ndarjeve në të cilat ato janë marrë, ne duhet të marrim numri mesatar i neutroneve të ndarjes të emetuara në një ngjarje të ndarjes, e cila, bazuar në arsyetimin e mësipërm, gjithashtu duhet të përcaktohet rreptësisht dhe konstante për çdo lloj nuklidesh të zbërthyer. Kjo konstante fizike e nuklidit të zbërthyeshëm shënohet .

Sipas të dhënave të vitit 1998 (vlera e kësaj konstante përditësohet periodikisht bazuar në rezultatet e analizës së eksperimenteve fizike në mbarë botën) në ndarje nën veprimin e neutroneve termike

Për uranium-235 5 = 2.416,

Për plutonium-239 9 = 2.862,

Për plutonium-241 1 = 2.938 etj.

Vërejtja e fundit është e dobishme: vlera e konstantës  në thelb varet nga vlera e energjisë kinetike të neutroneve që shkaktojnë ndarje, dhe me rritjen e këtyre të fundit ajo rritet afërsisht në proporcion të drejtë me E.

Për dy nuklidet më të rëndësishme të zbërthimit, varësitë e përafërta (E) përshkruhen me shprehje empirike:

Për uranium-235 5 (E) = 2.416 + 0.1337 E;

Për plutonium-239 9 (E) = 2.862 + 0.1357 E.

*) Energjia e neutronit E zëvendësohet në [MeV].

Kështu, vlera e konstantës , e llogaritur nga këto formula empirike, në energji të ndryshme neutronesh mund të arrijë vlerat e mëposhtme:

Pra, karakteristika e parë e neutroneve të zbërthimit të emetuara gjatë ndarjes së nuklideve specifike të zbërthimit është karakteristika e këtyre nuklideve. numri mesatar i neutroneve të zbërthimit të prodhuar në një ngjarje të ndarjes.

Fakti është se për të gjitha nuklidet e zbërthyeshme > 1, krijon një parakusht për fizibilitetin zinxhir reaksioni i ndarjes së neutronit. Është e qartë se për të zbatuar reaksion zinxhir i ndarjes i vetëqëndrueshëmështë e nevojshme të krijohen kushte për një nga  neutronet e marra në aktin e ndarjes thirrur me siguri ndarja e radhës e një bërthame tjetër, dhe pushoni (- 1) neutronet disi përjashtuar nga ndarja bërthamore. Përndryshe, intensiteti i ndarjeve në kohë do të rritet si një ortek (që është ajo që ndodh në Bombë atomike).

Pasi që tani dihet se vlera e konstantes rritet me një rritje të energjisë së neutroneve që shkaktojnë ndarje, lind një pyetje logjike: me çfarë energjie kinetike i lindur neutronet e ndarjes?

Përgjigja për këtë pyetje jepet nga karakteristika e dytë e neutroneve të ndarjes, e quajtur spektri i energjisë së neutroneve të ndarjes dhe përfaqëson funksionin e shpërndarjes së neutroneve të ndarjes mbi energjitë e tyre kinetike.

Nëse në një njësi (1 cm 3) vëllim të mediumit në një moment në kohë, n atëherë neutronet e ndarjes së të gjitha energjive të mundshme spektri i normalizuar i energjisëështë një funksion i vlerës së energjisë E, vlera e së cilës, për çdo vlerë të veçantë të E, tregon cila pjesë (pjesë) e të gjithë këtyre neutroneve janë neutrone me energji të intervalit elementar dE afër energjisë E. Me fjalë të tjera, flasim për shprehjen

Shpërndarja e energjisë e neutroneve të ndarjes është përshkruar mjaft saktë Funksioni spektral i Watt(vat):

n(E) = 0.4839
, (2.2.2)

ilustrimi grafik i të cilit është fig.2.8. në faqen tjetër.

Spektri Watt tregon se, megjithëse neutronet e ndarjes prodhohen me një shumëllojshmëri të gjerë energjish, të shtrirë në një gamë shumë të gjerë, shumica e neutroneve kanë një energji fillestare,e barabartë me E nv = 0,7104 MeV, që korrespondon me maksimumin e funksionit spektral Watt. Për sa i përket kuptimit, kjo vlerë është energjia më e mundshme e neutronit të ndarjes.

Një sasi tjetër që karakterizon spektrin energjetik të neutroneve të ndarjes është energjia mesatare e neutroneve të ndarjes , domethënë sasia e energjisë që do të kishte çdo neutron i ndarjes nëse energjia totale reale e të gjithë neutroneve të ndarjes do të ndahej në mënyrë të barabartë midis tyre:

E av =  E n(E) dE /  n(E) dE (2.2.3)

Zëvendësimi në (2.2.3) i shprehjes (2.2.2) jep vlerën e energjisë mesatare të neutroneve të ndarjes

E e mërkurë = 2.0 MeV

Dhe kjo do të thotë se pothuajse te gjitha prodhohen neutronet e ndarjes shpejtë(domethënë me energjitë E > 0.1 MeV). Por ka pak neutrone të shpejta me energji kinetike relativisht të larta (më pak se 1%), megjithëse një sasi e dukshme e neutroneve të ndarjes shfaqet me energji deri në 18 - 20 MeV.

0 1 2 3 4 5 Е, MeV

Fig.2.8. Spektri i energjisë i neutroneve të ndarjes është spektri Watt.

Spektrat e neutroneve të ndarjes për nuklide të ndryshme të zbërthimit ndryshojnë nga njëri-tjetri pak. Le të themi, për nuklidet 235U dhe 239Pu që janë kryesisht me interes për ne, energjitë mesatare të neutroneve të ndarjes (të korrigjuara sipas rezultateve të eksperimenteve fizike):

E av = 1,935 MeV - për 235 U dhe E av = 2,00 MeV - për 239 Pu

Vlera e energjisë mesatare të spektrit të neutronit të ndarjes rritet me energjinë e neutroneve që shkaktojnë ndarje, por kjo rritje është e papërfillshme(të paktën brenda intervalit 10 - 12 MeV). Kjo bën të mundur që të mos merret parasysh dhe të llogaritet afërsisht spektri energjetik i neutroneve të ndarjes e zakonshme për karburante të ndryshme bërthamore dhe për reaktorë me spektër të ndryshëm (të shpejtë, të ndërmjetëm dhe termik).

Për uranium-238, megjithë natyrën e pragut të ndarjes së tij, spektri i neutronit të ndarjes gjithashtu praktikisht përkon me shprehjen(2.2.2), dhe varësia e numrit mesatar të neutroneve të ndarjes 8 nga energjia e neutroneve që shkaktojnë ndarje - gjithashtu pothuajse lineare në energjitë mbi pragun ( E P = 1.1 MeV):

8 (E) = 2.409 + 0.1389E. (2.2.4)

2.2.3. Radioaktiviteti i fragmenteve të ndarjes.Është thënë tashmë se janë krijuar rreth 600 lloje të fragmenteve të ndarjes, të ndryshme në masë dhe ngarkesë protonike, dhe se praktikisht Të gjitha ato lindinshumë i emocionuar .

Çështja ndërlikohet edhe më shumë nga fakti se ato mbartin një eksitim të konsiderueshëm dhe pas emetimi i neutroneve me ndarje. Prandaj, në përpjekjen e tyre të natyrshme për stabilitet, ata vazhdojnë të "shkarkojnë" energji të tepërt mbi nivelin e gjendjes bazë derisa të arrihet ky nivel.

Ky rivendosje kryhet nga emetimi i njëpasnjëshëm i fragmenteve të të gjitha llojeve të rrezatimit radioaktiv (rrezatimet alfa, beta dhe gama), dhe për fragmente të ndryshme lloje te ndryshme zbërthimi radioaktiv vazhdon në një sekuencë të ndryshme dhe (për shkak të ndryshimit në vlerat e konstanteve të kalbjes ) zgjatet në kohë në shkallë të ndryshme.

Kështu, në një reaktor bërthamor që funksionon, jo vetëm procesi akumulimi fragmente radioaktive, por edhe procesin e vazhdimësisë së tyre transformimi: dihet një numër i madh zinxhirë transformime të njëpasnjëshme, që përfundimisht çojnë në formimin e bërthamave të qëndrueshme, por të gjitha këto procese kërkojnë kohë të ndryshme, për disa zinxhirë - shumë të vegjël, dhe për të tjerët - mjaft të gjatë.

Prandaj, rrezatimi radioaktiv jo vetëm që shoqëron reaksionin e ndarjes në duke punuar reaktor, por edhe emetuar nga karburanti për një kohë të gjatë pas mbylljes së tij.

Ky faktor, së pari, krijon një lloj të veçantë rreziku fizik - rrezikun ekspozimi i personelit, shërbimi i impiantit të reaktorit, shkurtuar si rrezik rrezatimi. Kjo i detyron projektuesit e impiantit të reaktorit të sigurojnë mjedisin e tij. mbrojtja biologjike, vendoseni në dhoma të izoluara nga mjedisi dhe merrni një sërë masash të tjera për të eliminuar mundësinë e ekspozimit të rrezikshëm të njerëzve dhe ndotjes radioaktive. mjedisi.

Së dyti, pas mbylljes së reaktorit, të gjitha llojet e rrezatimit radioaktiv, megjithëse në rënie në intensitet, vazhdojnë të ndërveprojnë me materialet e bërthamës dhe, si vetë fragmentet e ndarjes në periudhën fillestare të ekzistencës së tyre të lirë, transferojnë energjinë e tyre kinetike në atomet e mediumit bërthamor, duke rritur energjinë mesatare kinetike të tyre. Kjo eshte në reaktor pasi të ndodhë mbyllja e tij nxehtësia e kalbjes .

Është e lehtë të kuptohet se fuqia e lëshimit të nxehtësisë së mbetur në reaktor në momentin e mbylljes është drejtpërdrejt proporcionale me numrin e fragmenteve të grumbulluara gjatë funksionimit të reaktorit deri në këtë moment, dhe shkalla e uljes së saj në të ardhmen përcaktohet nga gjysma e jetës së këtyre fragmenteve. Nga sa u tha vjen një tjetër negativ faktor për shkak të radioaktivitetit të fragmenteve të ndarjes - domosdoshmërigjatëlagështues bërthama e reaktorit pas mbylljes për të hequr nxehtësinë e mbetur, dhe kjo shoqërohet me një konsum të konsiderueshëm të energjisë elektrike dhe burimeve motorike të pajisjeve të qarkullimit.

Kështu, formimi i fragmenteve radioaktive gjatë ndarjes në një reaktor është një fenomen kryesisht negativ, por ... nuk ka rreshtim argjendi!

Në transformimet radioaktive të fragmenteve të ndarjes, mund të shihet gjithashtu pozitive aspekti në të cilin janë fjalë për fjalë reaktorët bërthamorë i detyrohen ekzistencës së tyre . Fakti është se nga një numër i madh i fragmenteve të ndarjes, ekzistojnë rreth 60 lloje të tilla që, pas kalbjes së parë , bëhen neutron aktiv të aftë për të emetuar të ashtuquajturat ngecje neutronet. Relativisht pak neutrone të vonuara emetohen në reaktor (afërsisht 0.6% e numrit të përgjithshëm të neutroneve të gjeneruara), por pikërisht për shkak të ekzistencës së tyre është e mundur. menaxhim të sigurt reaktor bërthamor; Ne do ta verifikojmë këtë kur studiojmë kinetikën e një reaktori bërthamor.

2.2.4. Lëshimi i energjisë gjatë ndarjes. Reaksioni i ndarjes bërthamore në fizikë është një nga konfirmimet e qarta të hipotezës së A. Ajnshtajnit për marrëdhënien midis masës dhe energjisë, e cila, në lidhje me ndarjen bërthamore, është formuluar si më poshtë:

Sasia e energjisë së lëshuar gjatë ndarjes bërthamore është drejtpërdrejt proporcionale me defektin e masës, dhe faktori i proporcionalitetit në këtë marrëdhënie është katrori i shpejtësisë së dritës:

E= mc 2

Gjatë ndarjes bërthamore, teprica (defekti) i masave përcaktohet si diferenca midis shumave të masave të mbetura të produkteve fillestare të reaksionit të ndarjes (d.m.th., bërthamës dhe neutronit) dhe produkteve të ndarjes bërthamore që rezultojnë (fragmentet e ndarjes, neutronet e ndarjes , dhe mikrogrimca të tjera të emetuara si në procesin e ndarjes ashtu edhe pas tij).

Analiza spektroskopike bëri të mundur përcaktimin e shumicës së produkteve të ndarjes dhe rendimentet e tyre specifike. Mbi këtë bazë, llogaritja nuk ishte aq e vështirë private madhësia e defekteve në masë për rezultate të ndryshme të ndarjes së bërthamave të uraniumit-235, dhe prej tyre - llogaritni vlera mesatare e energjisë së çliruar në një ndarje të vetme, e cila rezultoi të jetë afër

mc 2 = 200 MeV

Mjafton të krahasohet kjo vlerë me energjinë e çliruar në veprimin e një prej më endotermikëve kimike reaksionet - reaksionet e oksidimit të karburantit të raketës (më pak se 10 eV) - për të kuptuar se në nivelin e objekteve të mikrobotës (atomeve, bërthamave) 200 MeV - energji shumë e madhe: është të paktën tetë renditje të madhësisë (100 milionë herë) më e madhe se energjia e prodhuar nga reaksionet kimike.

Energjia e ndarjes shpërndahet nga vëllimi ku ka ndodhur ndarja e bërthamës, përmes materialeve të ndryshme. transportuesit: fragmentet e ndarjes, neutronet e ndarjes, - dhe -grimcat, -kuantet dhe madje neutrinot dhe antineutrinot.

Shpërndarja e energjisë së zbërthimit ndërmjet bartësve të materialit gjatë zbërthimit të bërthamave 235 U dhe 239 Pu është dhënë në tabelën 2.1.

Tabela 2.1. Shpërndarja e energjisë së zbërthimit të bërthamave të uraniumit-235 dhe plutonium-239 ndërmjet produkteve të ndarjes.

Transportuesit e Energjisë së Fisionit

Plutonium-239

1. Energjia kinetike e fragmenteve të ndarjes

2. Energjia kinetike e neutroneve të ndarjes

3. Energjia e kuantave të shpejtë gama

4. Energjia e -kuanteve nga produktet e zbërthimit

5. Energjia kinetike e -rrezatimi i fragmenteve

6. Energjia antineutrino

Komponentë të ndryshëm të energjisë së ndarjes shndërrohen në nxehtësi jo në të njëjtën kohë.

Tre komponentët e parë kthehen në nxehtësi në më pak se 0,1 s (duke llogaritur nga momenti i ndarjes), dhe për këtë arsye quhen burimet e menjëhershme të nxehtësisë.

- dhe -rrezatimet e produkteve të ndarjes emetohen nga fragmente të ngacmuara me me gjysmë jetë të ndryshme(nga disa fraksione të sekondës deri në disa dhjetëra ditë, nëse marrim parasysh vetëm fragmentet me prodhim specifik i dukshëm), dhe rrjedhimisht procesi i përmendur më sipër nxehtësia e mbetur, e cila është pikërisht për shkak të emetimeve radioaktive të produkteve të ndarjes, mund të zgjasë dhjetëra ditë pasi reaktori të jetë mbyllur.

*) Sipas vlerësimeve shumë të përafërta, fuqia e nxehtësisë së mbetur në reaktor pas mbylljes së tij zvogëlohet në minutën e parë - me 30-35%, pas orës së parë të mbylljes së reaktorit është afërsisht 30% e fuqisë në të cilën reaktori funksiononte para mbylljes, dhe pas parkimit të ditës së parë - rreth 25 për qind. Është e qartë se ndalimi i ftohjes së detyruar të reaktorit në kushte të tilla është jashtë diskutimit, pasi edhe një ndërprerje afatshkurtër e qarkullimit të ftohësit në bërthamë është e mbushur me rrezikun e shkatërrimit termik të elementeve të karburantit. Vetëm pas disa ditësh ftohje të detyruar të reaktorit, kur shkalla e lëshimit të nxehtësisë së mbetur zvogëlohet në nivelin e hequr për shkak të konvekcionit natyror të ftohësit, mjetet e qarkullimit të qarkut primar mund të ndalen.

Pyetja e dytë praktike për inxhinierin: ku dhe cila pjesë e energjisë së zbërthimit shndërrohet në nxehtësi në reaktor? - pasi kjo është për shkak të nevojës për të organizuar një heqje të ekuilibruar të nxehtësisë nga pjesët e ndryshme të brendshme të saj, të dizajnuara në dizajne të ndryshme teknologjike.

përbërjen e karburantit, e cila përmban nuklide të zbërthyeshme, përmbahet në predha të mbyllura që pengojnë daljen e fragmenteve të formuara nga përbërja e karburantit të elementëve të karburantit (shkopinjtë e karburantit) në ftohësin duke i ftohur ato. Dhe, nëse fragmentet e ndarjes në një reaktor që funksionon nuk largohen nga shufrat e karburantit, është e qartë se energjitë kinetike të fragmenteve dhe grimcat  që depërtojnë dobët shndërrohen në nxehtësi. brenda shufrave të karburantit.

Energjitë e neutroneve të ndarjes dhe rrezatimit  shndërrohen në nxehtësi vetëm brenda elementëve të karburantit pjesërisht: fuqia depërtuese e neutroneve dhe rrezatimi  gjeneron bartje pjesën më të madhe të energjisë së tyre kinetike fillestare nga vendlindja e tyre.

Njohja e vlerës së saktë të energjisë së ndarjes dhe pjesës së saj të nxehtësisë që rezulton brenda shufrave të karburantit ka një rëndësi të madhe praktike, duke bërë të mundur llogaritjen e një karakteristike tjetër praktikisht të rëndësishme të quajtur çlirimi vëllimor specifik i nxehtësisë në shufrat e karburantit (q v).

Për shembull, nëse dihet se në 1 cm 3 të përbërjes së karburantit të një elementi karburanti, në 1 s. R f ndarjet e bërthamave të uraniumit-235, është e qartë: sasia e energjisë termike e gjeneruar çdo sekondë në këtë vëllim njësi (= fuqia termike prej 1 cm 3 karburant) është çlirimi specifik vëllimor i nxehtësisë (ose intensiteti i energjisë) karburant, dhe kjo vlerë do të jetë e barabartë me:

q v = 0.9 . E . R f (2.2.5)

Pjesa e energjisë së zbërthimit të marrë si nxehtësi jashtë elementeve të karburantit në bërthamën e reaktorit varet nga lloji dhe dizajni i tij dhe shtrihet brenda (6  9)% të energjisë totale të ndarjes. (Për shembull, për VVER-1000 kjo vlerë është afërsisht e barabartë me 8.3%, dhe për RBMK-1000 - rreth 7%).

Kështu, pjesa e çlirimit total të nxehtësisë në vëllimin e bërthamës nga energjia totale e ndarjes është 0,96  0,99, d.m.th. me saktësi teknike përkon me energjinë totale të ndarjes.

Prandaj - një tjetër karakteristikë teknike e bërthamës së reaktorit:

- intensiteti mesatar i fuqisë së bërthamës(q v) az - fuqia termike e marrë për njësi vëllimi të bërthamës:

(q v) az = (0,96-0,99) E . R fE . R f (2.2.6)

Meqenëse energjia në 1 MeV në sistemin SI korrespondon me 1.602. 10-13 J, atëherë vlera e intensitetit të energjisë së bërthamës së reaktorit:

(q v) az  3,204 . 10-11 R f .

Prandaj, nëse dihet vlera e densitetit të energjisë mesatare mbi vëllimin e zonës aktive, atëherë fuqia termike e reaktorit padyshim që do të jetë:

P fq= (q v) az. V az 3.204. 10–11 . R f . V az [e martë] (2.2.7)

Fuqia termike e reaktorit është drejtpërdrejt proporcionale me Shpejtësia mesatare

reaksionet e ndarjes në zonën e tij aktive.

Pasoja praktike : A doni që reaktori të punojëniveli konstant i fuqisë? - Krijoni kushte në të në mënyrë që reaksioni i ndarjes në zonën e tij aktive të vazhdojë me një shpejtësi mesatare konstante me kalimin e kohës. Keni nevojë për të rritur (ulur) fuqinë e reaktorit? - Gjeni mënyra për të rritur (ose ulur) shpejtësinë e reagimit në përputhje me rrethanat de leniya. Ky është kuptimi kryesor i kontrollit të fuqisë së një reaktori bërthamor.

Raportet dhe përfundimet e konsideruara duken të dukshme vetëm në rastin më të thjeshtë, kur përbërësi i karburantit në reaktor është një uranium-235. Megjithatë, duke përsëritur arsyetimin për reaktorin me shumëkomponente Përbërja e karburantit, është e lehtë të verifikohet proporcionaliteti i shpejtësisë mesatare të reaksionit të ndarjes dhe fuqisë termike të reaktorit në rastin më të përgjithshëm.

Kështu, fuqia termike e reaktorit dhe shpërndarja e çlirimit të nxehtësisë në thelbin e saj janë drejtpërdrejt proporcionale me shpërndarjen e shkallës së reaksionit të ndarjes mbi vëllimin e përbërjes së karburantit të bërthamës së reaktorit.

Por nga sa u tha është gjithashtu e qartë se shpejtësia e reaksionit të ndarjes duhet të lidhet me numrin e neutroneve të lira në mjedisin bërthamë, meqenëse janë ato (neutronet e lira) që shkaktojnë reaksione të ndarjes, kapjen e rrezatimit, shpërndarjen dhe reaksione të tjera të neutroneve. Me fjalë të tjera, shpejtësia e reaksionit të ndarjes, lirimi i energjisë në bërthamë dhe fuqia termike e reaktorit duhet të lidhen qartë me Karakteristikat e fushës së neutronit në shtrirjen e saj.




























Kthehu përpara

Kujdes! Pamja paraprake e rrëshqitjes është vetëm për qëllime informative dhe mund të mos përfaqësojë shtrirjen e plotë të prezantimit. Nëse jeni të interesuar për këtë punë, ju lutemi shkarkoni versionin e plotë.

Objektivat e mësimit:

  • Edukative: përditësimi i njohurive ekzistuese; vazhdimi i formimit të koncepteve: ndarja e bërthamave të uraniumit, reaksioni zinxhir bërthamor, kushtet për shfaqjen e tij, masa kritike; prezantoni koncepte të reja: një reaktor bërthamor, elementët kryesorë të një reaktori bërthamor, dizajni i një reaktori bërthamor dhe parimi i funksionimit të tij, kontrolli i një reaksioni bërthamor, klasifikimi i reaktorëve bërthamorë dhe përdorimi i tyre;
  • Zhvillimi: të vazhdojë formimin e aftësisë për të vëzhguar dhe nxjerrë përfundime, si dhe për të zhvilluar aftësitë intelektuale dhe kuriozitetin e nxënësve;
  • Edukative: të vazhdojë edukimin e qëndrimit ndaj fizikës si shkencë eksperimentale; për të kultivuar një qëndrim të ndërgjegjshëm ndaj punës, disiplinë, një qëndrim pozitiv ndaj njohurive.

Lloji i mësimit: mësimi i materialit të ri.

Pajisjet: instalimi multimedial.

Gjatë orëve të mësimit

1. Momenti organizativ.

Djema! Sot në mësim do të përsërisim ndarjen e bërthamave të uraniumit, një reaksion zinxhir bërthamor, kushtet për shfaqjen e tij, masën kritike, do të mësojmë se çfarë është një reaktor bërthamor, elementët kryesorë të një reaktori bërthamor, dizajni i një bërthamore reaktori dhe parimi i funksionimit të tij, kontrolli i një reaksioni bërthamor, klasifikimi i reaktorëve bërthamorë dhe përdorimi i tyre.

2. Kontrollimi i materialit të studiuar.

  1. Mekanizmi i zbërthimit të bërthamave të uraniumit.
  2. Përshkruani mekanizmin e një reaksioni zinxhir bërthamor.
  3. Jepni një shembull të një reaksioni të ndarjes bërthamore të bërthamës së uraniumit.
  4. Çfarë quhet masa kritike?
  5. Si vazhdon një reaksion zinxhir në uranium nëse masa e tij është më pak se kritike, më shumë se kritike?
  6. Sa është masa kritike e uraniumit 295, a është e mundur të zvogëlohet masa kritike?
  7. Si mund ta ndryshoni rrjedhën e një reaksioni zinxhir bërthamor?
  8. Cili është qëllimi i ngadalësimit të neutroneve të shpejta?
  9. Cilat substanca përdoren si moderatore?
  10. Për shkak të cilët faktorë mund të rritet numri i neutroneve të lira në një pjesë të uraniumit, duke siguruar kështu mundësinë e një reaksioni në të?

3. Shpjegimi i materialit të ri.

Djema, përgjigjuni kësaj pyetjeje: Çfarë është Pjesa kryesore ndonjë central bërthamor? ( reaktor bërthamor)

Te lumte. Pra, djema, tani le të ndalemi në këtë çështje në më shumë detaje.

Referencë historike.

Igor Vasilyevich Kurchatov - një fizikan, akademik, themelues dhe drejtor i parë i Institutit të shquar sovjetik energji atomike nga viti 1943 deri në 1960, udhëheqësi kryesor shkencor i problemit atomik në BRSS, një nga themeluesit e përdorimit të energjisë bërthamore për qëllime paqësore. Akademiku i Akademisë së Shkencave të BRSS (1943). Bomba e parë atomike sovjetike u testua në vitin 1949. Katër vjet më vonë, bomba e parë me hidrogjen në botë u testua me sukses. Dhe në 1949, Igor Vasilievich Kurchatov filloi punën për projektin e një termocentrali bërthamor. Termocentrali bërthamor është një lajmëtar i përdorimit paqësor të energjisë atomike. Projekti u përfundua me sukses: më 27 korrik 1954, termocentrali ynë bërthamor u bë i pari në botë! Kurchatov u gëzua dhe u argëtua si një fëmijë!

Përkufizimi i një reaktori bërthamor.

Një reaktor bërthamor është një pajisje në të cilën kryhet dhe mirëmbahet një reaksion zinxhir i kontrolluar i ndarjes së disa bërthamave të rënda.

Reaktori i parë bërthamor u ndërtua në vitin 1942 në SHBA nën udhëheqjen e E. Fermi. Në vendin tonë, reaktori i parë u ndërtua në 1946 nën udhëheqjen e IV Kurchatov.

Elementet kryesore të një reaktori bërthamor janë:

  • karburant bërthamor (uranium 235, uranium 238, plutonium 239);
  • moderator neutron (ujë i rëndë, grafit, etj.);
  • ftohës për prodhimin e energjisë së gjeneruar gjatë funksionimit të reaktorit (ujë, natrium i lëngshëm, etj.);
  • Shufrat e kontrollit (bor, kadmium) - thithin fuqishëm neutronet
  • Predha mbrojtëse që vonon rrezatimin (betoni me mbushës hekuri).

Parimi i funksionimit reaktor bërthamor

Karburanti bërthamor ndodhet në zonën aktive në formën e shufrave vertikale të quajtur elementë të karburantit (TVEL). Shufrat e karburantit janë krijuar për të kontrolluar fuqinë e reaktorit.

Masa e secilës shufër karburanti është shumë më e vogël se masa kritike, kështu që një reaksion zinxhir nuk mund të ndodhë në një shufër. Fillon pas zhytjes në zonën aktive të të gjithë shufrave të uraniumit.

Zona aktive është e rrethuar nga një shtresë lënde që reflekton neutronet (reflektori) dhe një guaskë mbrojtëse prej betoni që kap neutronet dhe grimcat e tjera.

Shpërndarja e nxehtësisë nga qelizat e karburantit. Ftohësi - uji lan shufrën, e ngrohur në 300 ° C në shtypje e lartë hyn në shkëmbyesit e nxehtësisë.

Roli i shkëmbyesit të nxehtësisë - uji i ngrohur në 300 ° C, i jep nxehtësi ujit të zakonshëm, shndërrohet në avull.

Kontrolli i reaksionit bërthamor

Reaktori kontrollohet nga shufra që përmbajnë kadmium ose bor. Me shufrat e zgjatura nga bërthama e reaktorit, K > 1, dhe me shufrat plotësisht të tërhequra, K< 1. Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. Управление ядерными реакторами осуществляется дистанционно с помощью ЭВМ.

Reaktor në neutrone të ngadalta.

Ndarja më efikase e bërthamave të uranium-235 ndodh nën veprimin e neutroneve të ngadalta. Reaktorë të tillë quhen reaktorë të ngadaltë neutron. Neutronet dytësore të prodhuara në reaksionin e ndarjes janë të shpejta. Në mënyrë që ndërveprimi i tyre pasues me bërthamat e uranium-235 në një reaksion zinxhir të jetë më efektiv, ato ngadalësohen duke futur një moderator në bërthamë - një substancë që redukton energjinë kinetike të neutroneve.

Reaktor i shpejtë neutron.

Reaktorët e shpejtë të neutronit nuk mund të funksionojnë me uranium natyror. Reaksioni mund të mbahet vetëm në një përzierje të pasuruar që përmban të paktën 15% të izotopit të uraniumit. Avantazhi i reaktorëve të shpejtë neutron është se funksionimi i tyre prodhon një sasi të konsiderueshme të plutoniumit, i cili më pas mund të përdoret si lëndë djegëse bërthamore.

Reaktorët homogjenë dhe heterogjenë.

Reaktorët bërthamorë, në varësi të rregullimit të ndërsjellë të karburantit dhe moderatorit, ndahen në homogjenë dhe heterogjenë. Në një reaktor homogjen, bërthama është një masë homogjene e karburantit, moderatorit dhe ftohësit në formën e një zgjidhjeje, përzierjeje ose shkrirjeje. Një reaktor quhet heterogjen, në të cilin karburanti në formën e blloqeve ose grupeve të karburantit vendoset në moderator, duke formuar një rrjetë të rregullt gjeometrike në të.

Shndërrimi i energjisë së brendshme të bërthamave atomike në energji elektrike.

Një reaktor bërthamor është elementi kryesor i një termocentrali bërthamor (NPP), i cili konverton energjinë bërthamore termike në energji elektrike. Shndërrimi i energjisë ndodh sipas skemës së mëposhtme:

  • energjia e brendshme e bërthamave të uraniumit -
  • energjia kinetike e neutroneve dhe fragmenteve të bërthamave -
  • energjia e brendshme e ujit -
  • energjia e brendshme e avullit -
  • energjia kinetike e avullit -
  • energjia kinetike e rotorit të turbinës dhe rotorit të gjeneratorit -
  • Energjia Elektrike.

Përdorimi i reaktorëve bërthamorë.

Në varësi të qëllimit, reaktorët bërthamorë janë energjikë, konvertues dhe mbarështues, kërkimore dhe shumë qëllime, transport dhe industrial.

Reaktorët e energjisë bërthamore përdoren për të gjeneruar energji elektrike në termocentralet bërthamore, në termocentralet e anijeve, termocentralet e kombinuara bërthamore dhe termocentralet, si dhe në stacionet e furnizimit me ngrohje bërthamore.

Reaktorët e krijuar për të prodhuar lëndë djegëse bërthamore dytësore nga uraniumi natyror dhe toriumi quhen konvertues ose riprodhues. Në reaktor-konvertues, karburanti bërthamor sekondar formohet më pak se sa konsumohej fillimisht.

Në reaktorin e rritjes, kryhet riprodhimi i zgjeruar i karburantit bërthamor, d.m.th. rezulton më shumë se sa është shpenzuar.

Reaktorët kërkimorë përdoren për të studiuar proceset e bashkëveprimit të neutroneve me lëndën, për të studiuar sjelljen e materialeve të reaktorit në fusha intensive të rrezatimit neutron dhe gama, kërkime radiokimike dhe biologjike, prodhimin e izotopeve, kërkime eksperimentale në fizikën e reaktorëve bërthamorë.

Reaktorët kanë fuqi të ndryshme, funksionim i palëvizshëm ose pulsues. Reaktorët me shumë qëllime janë reaktorë që shërbejnë për qëllime të shumta, të tilla si prodhimi i energjisë dhe prodhimi i karburantit bërthamor.

Fatkeqësitë mjedisore në termocentralet bërthamore

  • 1957 - aksident në MB
  • 1966 - Shkrirja e pjesshme e bërthamës pas dështimit të ftohjes së reaktorit pranë Detroitit.
  • 1971 - Shumë ujë të ndotur hynë në lumin e SHBA
  • 1979 - aksidenti më i madh në SHBA
  • 1982 - lëshimi i avullit radioaktiv në atmosferë
  • 1983 - një aksident i tmerrshëm në Kanada (uji radioaktiv rrodhi për 20 minuta - një ton në minutë)
  • 1986 - aksident në MB
  • 1986 - aksident në Gjermani
  • 1986 - Centrali bërthamor i Çernobilit
  • 1988 - zjarr në një termocentral bërthamor në Japoni

Termocentralet moderne bërthamore janë të pajisura me një PC, dhe më herët, edhe pas aksidentit, reaktorët vazhduan të funksionojnë, pasi nuk kishte sistem automatik mbylljet.

4. Fiksimi i materialit.

  1. Çfarë është një reaktor bërthamor?
  2. Çfarë është karburanti bërthamor në një reaktor?
  3. Cila substancë shërben si një moderator neutron në një reaktor bërthamor?
  4. Cili është qëllimi i një moderatori neutron?
  5. Për çfarë janë shufrat e kontrollit? Si përdoren?
  6. Çfarë përdoret si ftohës në reaktorët bërthamorë?
  7. Pse është e nevojshme që masa e secilës shufër uraniumi të jetë më e vogël se masa kritike?

5. Ekzekutimi i testit.

  1. Cilat grimca përfshihen në ndarjen e bërthamave të uraniumit?
    A. protonet;
    B. neutronet;
    B. elektronet;
    G. bërthamat e heliumit.
  2. Cila masë e uraniumit është kritike?
    A. më i madhi në të cilin është i mundur një reaksion zinxhir;
    B. çdo masë;
    V. më i vogli në të cilin është i mundur një reaksion zinxhir;
    D. masën në të cilën do të ndalet reaksioni.
  3. Sa është masa kritike e përafërt e uraniumit 235?
    A. 9 kg;
    B. 20 kg;
    B. 50 kg;
    G. 90 kg.
  4. Cila nga substancat e mëposhtme mund të përdoret në reaktorët bërthamorë si moderatorë neutronesh?
    A. grafit;
    B. kadmium;
    B. ujë i rëndë;
    G. bor.
  5. Që një reaksion zinxhir bërthamor të ndodhë në një termocentral bërthamor, është e nevojshme që faktori i shumëzimit të neutronit të jetë:
    A. është e barabartë me 1;
    B. më shumë se 1;
    V. më pak se 1.
  6. Rregullimi i shkallës së ndarjes së bërthamave të atomeve të rënda në reaktorët bërthamorë kryhet:
    A. për shkak të përthithjes së neutroneve gjatë uljes së shufrave me një absorbues;
    B. për shkak të rritjes së heqjes së nxehtësisë me një rritje të shpejtësisë së ftohësit;
    B. duke rritur furnizimin me energji elektrike për konsumatorët;
    G. duke zvogëluar masën e karburantit bërthamor në bërthamë gjatë heqjes së shufrave të karburantit.
  7. Çfarë transformimesh të energjisë ndodhin në një reaktor bërthamor?
    A. energjia e brendshme e bërthamave atomike shndërrohet në energji drite;
    B. energjia e brendshme e bërthamave atomike shndërrohet në energji mekanike;
    B. energjia e brendshme e bërthamave atomike shndërrohet në energji elektrike;
    G. midis përgjigjeve nuk ka asnjë përgjigje të saktë.
  8. Në vitin 1946, reaktori i parë bërthamor u ndërtua në Bashkimin Sovjetik. Kush ishte drejtuesi i këtij projekti?
    A. S. Korolev;
    B. I. Kurchatov;
    V. D. Sakharov;
    G. A. Prokhorov.
  9. Cila mënyrë e konsideroni më të përshtatshme për rritjen e besueshmërisë së termocentraleve bërthamore dhe parandalimin e kontaminimit mjedisi i jashtëm?
    A. zhvillimi i reaktorëve të aftë për të ftohur automatikisht bërthamën e reaktorit, pavarësisht nga vullneti i operatorit;
    B. rritja e shkrim-leximit të funksionimit të NPP-ve, niveli i formimit profesional të operatorëve të TEC-eve;
    B. zhvillimi i teknologjive shumë efikase për çmontimin e centraleve bërthamore dhe përpunimin e mbetjeve radioaktive;
    D. vendndodhjen e reaktorëve thellë nën tokë;
    E. refuzimi për ndërtimin dhe funksionimin e centraleve bërthamore.
  10. Cilat burime të ndotjes së mjedisit lidhen me funksionimin e termocentraleve bërthamore?
    A. industria e uraniumit;
    B. reaktorët bërthamorë tipe te ndryshme;
    B. industria radiokimike;
    D. vendet e përpunimit dhe depozitimit të mbetjeve radioaktive;
    E. përdorimi i radionuklideve në ekonominë kombëtare;
    E. shpërthimet bërthamore.

Përgjigjet: 1 B; 2 V; 3 V; 4 A, B; 5 A; 6 A; 7 V;. 8 B; 9 B. V; 10 A, B, C, D, F.

6. Rezultatet e mësimit.

Çfarë të re mësuat në mësim sot?

Çfarë ju pëlqeu në mësim?

Cilat janë pyetjet?

FALEMINDERIT PËR PUNËN TUAJ NË MËSIM!

Postime të ngjashme