(Фото РИА Новости). Скачок цен на углеводороды в Европе подхлестнул давние споры о судьбе атомных электростанций.
Термоядерные реакции
- 2. Цепная ядерная реакции:
- Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА . Курчатов
- Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция
- Спонтанное деление урана
Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления. Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления.
На уральском ядерном заводе произошел взрыв
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников 9 часов назад 3 Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников В 1972 в Африке корпорация на руднике Окло провела анализ образцов урановой руды и обнаружила недостачу. Отсутствовало огромное количество урана-235. Забили тревогу, пропажи хватило бы для изготовления нескольких атомных бомб.
Отсутствие утечки радиации обусловлено работой теплоносителя I II по замкнутым циклам. Турбина атомной электростанции используется в качестве тепловой машины, которая определяет по второму закону термодинамики общую эффективность станций.
Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Исследователи выстрелили ядрами урана-238 в ядра платины-198.
Такие взаимодействия приводят к многонуклонному переносу, при котором изотопы меняют местами нейтроны и протоны.
Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты. Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева.
Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается. Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде.
Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления. И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло. Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»?
Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить? Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности.
В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория.
В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He?
Какие физические процессы могут быть ответственны за это? Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления.
Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка. Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков!
Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора. Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд.
Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном. По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения. Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов актиноидов.
Как и где именно они образовались? На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли.
Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А. Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается.
Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа. Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей.
После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше.
Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты. Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров.
Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия.
Как было открыто спонтанное деление
Цепная реакция деления ядер урана Возможен другой вариант, при котором число свободных нейтронов уменьшается со временем. В этом случае цепная реакция прекращается. Следовательно, такую реакцию тоже нельзя использовать для производства электроэнергии. В мирных целях возможно использовать энергию только такой цепной реакции, в которой число нейтронов не меняется с течением времени. Как же добиться того, чтобы число нейтронов всё время оставалось постоянным? Для решения этой проблемы нужно знать, какие факторы влияют на увеличение и на уменьшение общего числа свободных нейтронов в куске урана, в котором протекает цепная реакция. Одним из таких факторов является масса урана. Дело в том, что не каждый нейтрон, излучённый при делении ядра, вызывает деление других ядер см.
Если масса и соответственно размеры куска урана слишком мала, то многие нейтроны вылетят за его пределы, не успев встретить на своём пути ядро, вызвать его деление и породить таким образом новое поколение нейтронов, необходимых для продолжения реакции. В этом случае цепная реакция прекратится. Чтобы реакция не прекращалась, нужно увеличить массу урана до определённого значения, называемого критическим. Почему при увеличении массы цепная реакция становится возможной? Чем больше масса куска, тем больше его размеры и тем длиннее путь, который проходят в нём нейтроны. При этом вероятность встречи нейтронов с ядрами возрастает. Соответственно увеличивается число делений ядер и число излучаемых нейтронов.
При критической массе урана число нейтронов, появившихся при делении ядер, становится равным числу потерянных нейтронов т.
Флеровым и Петр-жаком. Хлопина и Э. Герлинга [200], основанный на спонтанном делении ядер урана с полупериодом 1010 лет. Одним из продуктов деления является ксенон. Этот метод применим лишь для очень старых минералов, содержащих много урана, так как лишь в них скопления ксенона достаточны для измерений.
Забайкалье — одно из мест, где Россия добывает уран. Однако, часто радиоактивные породы находятся под землей и тогда приходится рыть шахты. В большинстве случаев именно посредством шахт добывают уран в России, так как более выгодный с экономической точки зрения способ найти трудно. Правда все это оправданно лишь если глубина не превысит 2000 метров, а сама руда будет достаточно высокого качества. Поэтому в России уран добывают как подземными горными выработками, так и методом СПВ. Карьерные работы в нашей стране практически не используют. Порода, которую разрабатывают посредством шахт, проходит следующие стадии: извлечение; сортировка на пустую и ту, которая содержит уран; вывоз пустой породы на отвалы; доставка ураносодержащей породы на завод; обработка ураносодержащей породы. К плюсам этой технологии следует отнести безопасность для работников завода ввиду отсутствия радиоактивной пыли при обработке урана. Таким образом, за методом СПВ, который не наносит вред экологии и экономически выгоден, будущее. Но стоит помнить, что в большинстве стран мира, и в России тоже, добывать уран таким способом можно, если руда залегает ниже уровня грунтовых вод, а между ними находится водонепроницаемая глина. Ввиду своей химической активности, уран достаточно гибкий и весьма ковкий металл, обладающий свойством намагничиваться. Однако в первую очередь, человечество использует его в атомной энергетике. Следует понимать, что в природе смотреть как добывают уран U235 не приходится. Поэтому для нужд энергетики и армии, полученный уран обогащают или обедняют. Изотоп урана U235 устроен таким образом, что однажды запущенная реакция ядерного распада будет протекать самопроизвольно, без дополнительного влияния извне. Поэтому уран добывают в основном как основу для извлечения из руды подобных изотопов. Благодаря такой реакции он крайне эффективен как источник энергии для ядерного реактора. Несмотря на свою эффективность, подобное производство отличается повышенной опасностью, как для персонала, так и для всего человечества. Взрывы АЭС по всему миру заслуженно считаются одними из самых страшных техногенных катастроф за всю нашу историю.
Особое значение придавалось обогащению изомеров в силу их крайне малых количеств и, следовательно, малой интенсивности излучения. Этими опытами началась последняя фаза великого открытия. Ни отделения, ни обогащения изомеров радия не удалось достичь ни одним из примененных методов: то, что предполагалось радием и безошибочно характеризовалось точным значением периода полураспада, всегда и с постоянной интенсивностью сопровождало барий. Радиохимическое разделение радия и бария не удалось. Оно было, наконец, признано невозможным. В последовавшие за этим рождественскую неделю 1938 г. Их развитие запечатлено в обширной, почти полностью сохранившейся переписке между тремя главными участниками — Отто Ганом, Лизой Мейтнер и Отто- Робертом Фришем племянником Лизы Мейтнер, физиком, работавшим до 1933 г. Эти частные письма дают редкую возможность проследить ход одного из самых плодотворных открытий от первого предчувствия до последнего прояснения, о чем печатные сообщения всегда создают лишь неполную картину; например, о ходе открытия Рентгена до сих пор почти ничего неизвестно. Сейчас как раз И часов вечера; в четверть двенадцатого хотел вернуться Штрассман, так что я могу собираться домой. Что-то все-таки есть в этих «изотопах радия», причем такое редкое, что мы пока сообщаем только Тебе... Они отделяются от всех элементов, кроме бария; и так во всех реакциях. Только с барием — если только это не наваждение — фракционирование отказывает. Наши изотопы радия имеют свойства бария. Мы не добились явного обогащения ни с BaBr 2, ни с хроматами и т. А на прошлой неделе я выделил первую фракцию тория-Х, так все шло, как должно. Потом в субботу Штрассман и я фракционировали один из наших изотопов «Ra» с мезоторием-I как индикатором; мезоторий обогатился, как полагается, а наш радий — нет. Хотя еще нельзя исключить случайного стечения обстоятельств, мы все же все более приходим к ужасному заключению: наши изотопы радия ведут себя не как радий, а как барий... Я договорился со Штрассманом, что мы пока скажем это только Тебе. Может быть, Ты сможешь предложить какое-нибудь фантастическое объяснение. Вот поистине деликатные опыты! Но нужна полная ясность. Теперь начинаются рождественские каникулы, а завтра, как обычно, выходной. Как я радуюсь ему — работая столько времени без Тебя — Ты можешь себе представить. Но еще до закрытия института мы хотим написать что-нибудь о так называемых изотопах радия для «Naturwissenschaften», так как мы получили очень хорошие кривые. Не верится, чтобы мы так долго заблуждались или чтобы какое-то загрязнение играло с нами злую шутку. Сейчас я опять должен идти к счетчикам. Надеюсь, через пару дней снова смогу написать Тебе... Отвечай поскорее. Сердечный привет Твоему Отто». Постскриптум: «И от меня сердечный привет и наилучшие пожелания. Ваш Фриц Штрассман». Мы подробно воспроизвели это письмо, чтобы стало ясно, как в Гане и Штрассмане боролись уверенность в получении бария и сомнение в возможности совместить факт его возникновения с представлениями ядерной физики. Значение упомянутых экспериментов с торием-Х и мезоторием-I состоит в следующем: из своих прежних работ с этими несомненными изотопами радия Ган точно знал, что у него были их чистые препараты, и мог произвести их отделение или обогащение путем добавления их к солям бария в таких малых количествах, в которых имелись и предполагаемые «изотопы радия». В этих экспериментах, таким образом, проявился многолетний опыт работы Гана с невесомыми количествами веществ; кроме того, надо было исключить воз- можность, что изотопы радия в тех малых количествах, в которых они имелись, радиохимически обнаруживают себя иначе. В письме Гана внимание привлекают два замечания. Во-первых, желание опубликовать заметку о так называемых изотопах радия, «так как мы получили очень хорошие кривые». Успехи Гана и Штрассмана в области эксперимента были особенно велики; они выделили среди сложных продуктов уран-нейтронной реакции многочисленные однородные радиоактивные компоненты, однородность которых и очередность в различных рядах превращений были надежно установлены путем точного измерения периодов полураспада. Результаты этих опытов оказались важнее, чем данное им объяснение. Во-вторых, несколько странное замечание о том, не могут ли возникать «изотопы бария с гораздо большим атомным весом, чем 137», т. Как следует отсюда, о распаде ядра урана на две части не было еще и мысли. Лиза Мейтнер ответила 21 декабря: «Ваши результаты с радием ошеломляют. Процесс, идущий на медленных нейтронах и приводящий к барию!.. Признать такой необычный распад кажется мне пока очень трудно, но мы пережили в ядерной физике столько неожиданностей, что уже ни о чем нельзя сказать прямо: это невозможно. Впрочем, исключены ли более тяжелые трансураны?.. Ты была бы, наверное, немножко поражена обилием опытов... Со вчерашнего дня мы суммируем наши доказательства о барии-радии... На их основе, как «химики», мы должны сделать заключение, что три хорошо изученных нами изотопа являются не радием, но, с точки зрения химика, барием. Сам барий, который мы, естественно, тоже испытали, также становится активным после облучения нейтронами. Но гораздо меньше, чем наши препараты. Кроме того, этот активированный барий не превращается в излучающий лантан. Актиний, возникающий из изотопов, вовсе не актиний, но скорее всего излучающий лантан!! Авторы чувствовали себя в это время уже настолько уверенными, что при правке заменили слова «изотопы радия» словами «щелочноземельные металлы». Оттиск статьи сразу был послан в Швецию. Эта весьма обширная работа появилась в первом январском номере журнала, том 27, стр. Она произвела настоящую сенсацию. Я хорошо помню это, так как вскоре после ее появле- ния докладывал о ней на большом коллоквиуме. Значительные трудности для ее усвоения представляли многочисленные обсуждавшиеся в ней опыты и кривые активности и множество специальных данных. Большая часть статьи посвящена дополнениям, исправлениям и результатам новых точных измерений, сделанным в связи с приведенными выше рядами превращений радия.
Справочник химика 21
Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. За открытие спонтанного деления урана К.А. Петржак в 1946 году был удостоен Государственной премии. Именно Нильс Бор выступил с гипотезой о том, что деление ядер урана медленными нейтронами происходит только в случае урана-235.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты. Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров.
Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г.
Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет! Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна.
Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы. Конечно, образование скоплений редких элементов в природе возможно вспомним, например, самородное золото , только это происходит в коре и не в результате кристаллизации магматических расплавов, а за счет разгрузки гидротермальных растворов, транспортирующих эти элементы и сбрасывающих их при изменении физических условий. В ходе геологических процессов зарождающиеся в недрах планеты магматические расплавы вследствие более низкой плотности по сравнению с твердым веществом перемещаются к поверхности. В тех случаях, когда они прорываются на поверхность, возникает вулкан.
Когда такой расплав застревает на глубине и кристаллизуется в магматической камере, образуется твердое магматическое тело, называемое интрузивом. Дифференциация вещества по плотности при формировании магматических тел принципиально ничем не отличается от такой дифференциации при затвердевании расплава в магматическом океане. Однако кристаллизующиеся силикаты магния и железа в этих расплавах вопреки предположению авторов обсуждаемой гипотезы не всплывают, а тонут, потому что их плотность всегда выше плотности жидкой фазы. Утверждая, что плотность магмы увеличится за счет железа, авторы упускают из виду, что в магматическом океане металл сразу образует самостоятельную жидкую фазу, не смешивающуюся с силикатной, которая опустится на дно задолго до начала кристаллизации силикатов. Возвращаясь к интрузивам, заметим, что никаких скоплений минералов, сложенных актиноидами, на дне соответствующих магматических камер нет, несмотря на то, что концентрация урана как в самих интрузивных телах, так и в исходных расплавах зачастую на два порядка превосходит его концентрацию в протопланетном веществе и магматическом океане.
Все происходит ровно наоборот: основная часть урана концентрируется в остаточной жидкости, которая, как правило, собирается в верхней части магматической камеры, после того как основной объем расплава уже затвердел. Поэтому, даже если бы в этих последних порциях расплава и возникли какие-то тяжелые урансодержащие минералы, опускаться им было бы некуда. Конечно, для объективной оценки обсуждаемой гипотезы необходимы исследования специалистов в различных областях науки. Что касается геологической составляющей, то я считаю, что предложенная концепция пока не подтверждается фактическим материалом. Пушкарев, д.
Расчеты показали, что теоретически существуют разные сценарии работы реактора. По некоторым из них его активность могла давно прекратиться, по другим — продолжаться до настоящего времени. Максимальная продолжительность возможна в режиме воспроизводства делящихся нуклидов. В результате содержание легко делящегося урана-235 поддерживается на достаточно высоком уровне, и получается реактор-размножитель на быстрых нейтронах. Ряд глобальных явлений на Земле носит циклический характер с периодом в сотни тысяч и миллионы лет.
О причинах этих колебаний нет единого мнения. По обломочным окаменевшим моренам и ледниково-морским осадкам, обнаруженным на всех континентах, ученые восстановили ледниковую историю Земли за последние 2,5 млрд лет. В течение этого времени Земля пережила четыре ледниковые эры, каждая эра состояла из ледниковых периодов, а период — из ледниковых эпох. Периодичность потеплений-похолоданий, соответствующая смене ледниковых эпох, составляет около 100 тыс. Подробнейшая информация о палеоклимате получена при бурении ледниковых щитов в Антарктиде.
Каково значение этого факта? Дело в том, что изверженные породы, застывая, намагничиваются в соответствии с существующим на тот момент направлением магнитного поля. Таким образом, эта «законсервированная» в породе намагниченность наглядно продемонстрировала, что в прошлом поле было другим. Замеры следов магнитного поля в горных породах различного возраста показали, что на протяжении геологической истории Земли оно меняло знак много-много раз. Инверсии происходили через интервалы времени от десятков тысяч до миллионов лет средний период — 250 тыс.
Почему происходит смена магнитных полюсов?
Флеровым и Петр-жаком. Хлопина и Э. Герлинга [200], основанный на спонтанном делении ядер урана с полупериодом 1010 лет. Одним из продуктов деления является ксенон.
Этот метод применим лишь для очень старых минералов, содержащих много урана, так как лишь в них скопления ксенона достаточны для измерений.
Природный реактор ядерного деления В 1972 году Фрэнсис Перрин обнаружил более десятка древних естественных ядерных реакторов, расположенных в трех отдельных рудных месторождениях на руднике Окло в Габоне страна на западном побережье Центральной Африки. Эти реакторы деления неактивны. Последующие исследования показали, что им почти 2 миллиарда лет, за века до того, как был построен первый искусственный ядерный реактор. Вам может быть интересно, как это возможно? Он также разлагается гораздо быстрее, чем уран-238.
Это означает, что уран-235 истощил намного больше, чем уран-238 с момента рождения Земли. Таким образом, теоретически жизнеспособно существование древнего природного ядерного реактора. Краткие и быстрые факты 8. Помимо использования в качестве ядерного топлива обедненный уран также используется в бронебойных боеприпасах высокой плотности. Бронебойный снаряд - это вид боеприпасов, специально предназначенных для проникновения в бронированные стекла, автомобили, танки и даже военные корабли. Потребовалось бы более 3000 тонн угля для производства такого же количества энергии.
Пенетраторы высокой плотности из обедненного урана военного класса 7. В 2017 году мировое производство урана составило 59 531 тонну , что несколько ниже уровня 2015 и 2016 годов. Казахстан является крупнейшим производителем урана в мире, за ним следуют Канада, Австралия, Нигер, Россия и Намибия. Шахта Olympic Dam в Южной Австралии является крупнейшим известным месторождением урана.
За счет распада радиоактивных веществ мы должны были бы наблюдать постепенное снижение нейтронного потока, однако измерения кое-где показывают, что происходит не совсем это. После аварии это помещение оказалось недоступным. И радиационные те, что связаны с опасностью облучения , и ядерные те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции измерения по нему косвенные. В итоге получается, что нейтронный «шум» от других ЛТСМ забивает самый важный источник, поэтому точность данных по росту не очень велика в плане привязки замеченного роста потока к конкретному скоплению материалов.
Что там происходит Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и расчеты показывают, что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может. Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот.
Парадоксы ядерной гонки
Сделали они это в статье «Механизм деления ядер». При этом реакция деления уран-235 наиболее интенсивно идет на медленных тепловых нейтронах, а ядра урана-238 вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ. Рассмотрим процесс деления ядра урана-235: Ядро можно рассматривать как шарообразную каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости. На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра. Если ядро не возбуждено, то эти две силы компенсируют друг друга, предотвращая разрыв ядра.
По каким признакам его можно обнаружить? Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория. В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это? Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4. Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления. Известно, что при работе реактора тяжелые ядра, поглощая нейтрон, становятся неустойчивыми и могут делиться на два крупных осколка с испусканием легких заряженных частиц и 2—3 нейтронов. В конечном продукте совокупности таких реакций доли обоих изотопов гелия хотя и отличаются, но представляют собой величины одного порядка. Напомним, что в «стандартном» атмосферном гелии их концентрации различаются на шесть порядков! Таким образом, относительно высокое содержание гелия-3, наблюдаемое в магматических породах, поднявшихся на поверхность из земных недр, может служить косвенным свидетельством работы глубинного геореактора. Уран выпал в осадок? Прежде чем продолжить разговор, хочется еще раз подчеркнуть принципиальное различие между естественным радиоактивным распадом и ядерной реакцией деления, ибо разница эта не всегда очевидна на неискушенный взгляд. Обычная радиоактивность — это самопроизвольный распад атомных ядер; для реакции деления обязательно требуется взаимодействие с внешней частицей нейтроном. По этой причине для осуществления ядерной реакции нужна достаточная концентрация активного вещества; для спонтанного распада концентрация не имеет никакого значения. Если в недрах Земли действительно идут цепные реакции, значит, там должны присутствовать скопления радиоактивных элементов актиноидов. Как и где именно они образовались? На этот счет существует множество разных точек зрения: от мантии до геометрического центра Земли. Анисичкин с соавторами предложили обоснованную гипотезу, согласно которой местом критической концентрации урана и тория могла быть поверхность твердого внутреннего ядра Земли. Эта концепция во многом базируется на работах по растворимости диоксида урана UO2 , проведенных в конце 1990-х гг. В экспериментах на аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» А. Туркиным было показано, что растворимость UO2 в расплавах на основе железа с ростом давления уменьшается. Исследуемый диапазон давлений составлял 5—10 ГПа для сравнения: в центре Земли давление около 360 ГПа. Поскольку в природе уран встречается преимущественно в виде оксидов, то логично сделать вывод: чем глубже, тем хуже будет растворяться уран! Этот важный экспериментальный факт наводит на мысль, что миграция актиноидов в теле Земли могла быть следующей. После образования планеты в океане магмы, состоящей, в основном, из расплавов железа и силикатов, присутствовали и соединения урана. Со временем магма остывала, и происходило гравитационное разделение вещества по плотности. Силикаты, кристаллизуясь, всплывали в магме, плотность которой за счет железа была выше. Соединения же тяжелых актиноидов, выделяясь из расплава по мере роста давления и кристаллизуясь, оседали на внутреннее твердое железоникелевое ядро планеты. Из сейсмологических исследований известно, что переходная зона между внешним жидким и внутренним твердым ядром Земли толщиной 2—3 км имеет мозаичную структуру. При этом основными структурными элементами являются относительно тонкие взвешенные слои протяженностью до нескольких десятков километров. Возможно, именно они и являются областями концентрации тяжелых радиоактивных элементов. Не можешь найти — моделируй! Когда речь идет о процессах на глубинах в тысячи километров, следует иметь в виду, что, с одной стороны, они недоступны непосредственному экспериментальному исследованию, с другой — их не всегда возможно изучать и в лабораторных установках, где трудно создать аналогичные физические условия. Но в современной науке существует еще один универсальный инструмент познания — компьютерное моделирование. В 2005 г. Задача была не из легких, поскольку методы теории реакторов традиционно применяются для расчета процессов длительностью максимум в годы, а здесь потребовалось просчитывать интервалы в миллиарды лет! Согласно их идее при кристаллизации магматического океана происходило «гравитационное разделение вещества по плотности», в результате которого силикаты, кристаллизуясь, всплывали, а соединения тяжелых актиноидов оседали на внутреннее ядро планеты. В дальнейшем сконцентрировавшаяся таким образом масса актиноидов, и в первую очередь соединения урана, играла роль ядерного реактора, генерирующего энергию, обусловленную цепными реакциями деления. К сожалению, в самой основе этой занимательной гипотезы лежит недоразумение. Кристаллизация каких-либо соединений актиноидов в виде самостоятельных минеральных фаз, которые могли бы погружаться в недра планеты, в магматическом океане невозможна. Прежде всего, это обусловлено исключительно низкими концентрациями урана и других актиноидов в протопланетном веществе. При кристаллизации расплава, который возникает на основе такого вещества, весь уран распределяется в кристаллической решетке породообразующих минералов или на их границах в виде примеси, как и многие другие редкие и рассеянные элементы.
Возобновление данного процесса является одним из самых худших сценариев развития ситуации. Об этом «Вечерней Москве» рассказал инженер-физик Андрей Ожаровский. Требуется срочно провести дополнительные измерения концентрации радионуклидов в воздухе, температуры радиоактивной массы и другого. В теории возможно возобновление цепной реакции — это путь к ухудшению радиационной обстановки, — заявил специалист. По его словам, возобновление подобной реакции опасно в первую очередь для жителей близлежащих к Чернобылю городов — Гомеля и Чернигова.
На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра. Если ядро не возбуждено, то эти две силы компенсируют друг друга, предотвращая разрыв ядра. При поглощении ядром урана-235 нейтрона оно получает дополнительную энергию, что приводит к образованию возбуждённого ядра урана-236 и его колебаниям. Если колебания достаточно интенсивные, то ядро сильно вытягивается с последующим образованием гантелевидной формы с явно выраженным перешейком. Осколки «перегружены» нейтронами и являются радиоактивными.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
Японские исследователи синтезировали уран-241, запустив образец урана-238 на ядрах платины-198 с помощью ускорительной системы RIKEN. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается.
Термоядерные реакции
- Похожие презентации
- 15 интригующих фактов об уране - Слабый радиоактивный металл |
- Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА
- 52. Ядерные реакции. Деление ядер урана – смотреть видео онлайн в Моем Мире | Георгий Черняк
Парадоксы ядерной гонки
RU, пострадавший рабочий скончался на месте. Официальных подтверждений этой информации на момент публикации нет. По словам местных жителей, их попросили оставаться дома, а в соседских чатах рассылают тревожные сообщения. Аварию ликвидируют, население просят закрыть все окна и по возможности пока не выходить на улицу! Глава Новоуральска Вячеслав Тюменцев обратился к жителям города и попросил не поддаваться панике. Какая-либо опасность для жителей Новоуральска и персонала комбината отсутствует, — заявил Тюменцев. УЭХК работает в штатном режиме. Обращаюсь к новоуральцам с просьбой не распространять сообщения через мессенджеры.
Поглотив нейтрон, ядра урана возбуждается и начинает деформироваться подобно жидкой капли. Она растягивается до тех пор, пока электрические силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начнут преобладать над ядерными силами притяжения, действующими в перешейке. Под действием электрических сил ядро разрывается и осколки разлетаются.
На первый взгляд ошибочный анализ подтвердил существование древнего ядерного реактора, расположенного в шахте в Габоне. Когда мы говорим о ядерных реакторах, мы обычно имеем в виду реакторы атомных электростанций. Это, конечно, творения человека, построенные относительно недавно - в XX веке. Однако это не означает, что процесс ядерного деления никогда не происходил на Земле раньше. Такое случалось, и, что интересно, люди никак не способствовали этому. Не потому, что этого не хотели, а потому, что человечества еще не существовало. Десятилетия назад таких знаний не было, хотя уже появлялись первые теории о возможности спонтанного деления ядер в прошлом. Ингрэм из Чикагского университета. Они предположили, что некоторые из урановых месторождений, известных в то время, могли функционировать как естественные версии ядерных реакторов в прошлом. Три года спустя Пол К. Курода, химик из Университета Арканзаса, определил, что нужно, чтобы тело, содержащее уран, подверглось самопроизвольному делению. Сложные условия Его первым условием было то, что размер залежи урана должен превышать среднюю длину, пройденную нейтронами, вызывающими деление. Мы знаем, что это расстояние составляет не менее 66 см, потому что только это гарантирует, что нейтроны, испускаемые одним ядром во время деления, будут поглощены другим, прежде чем вырваться из урановой жилы. Вторым условием было наличие урана-235 в достаточном количестве. Проблема в данном случае в том, что мы говорим о высокорадиоактивном изотопе, который распадается в шесть раз быстрее, чем уран-238. Третий важный элемент - это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. Наконец, упоминается отсутствие примесей в виде значительного количества бора и лития, которые остановили бы любую ядерную реакцию.
Для снижения фона от космических лучей, мешающих изучению явления, в качестве экрана может служить многометровый слой грунта или воды. Поэтому опыты проводились в Московском метро на станции «Динамо» на глубине 60 метров [4] [5].
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
При спонтанном делении ядер выделяется энергия; для урана она составляет около 190 МэВ на ядро. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Для деления ядра урана-235 энергия примерно равна 200МэВ.
Видео-стенд "Магия Деления ядра урана" в парке "Патриот"
Нейтроны, излучаемые ядрами урана, вызывают деление других ядер урана с появлением новых нейтронов — так происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, благодаря которой мы получаем большое количество энергии. Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Происходит это так: тепловыделяющие сборки (ТВС) разрезают, куски помещают в концентрированную азотную кислоту и получают раствор, содержащий уран, плутоний и многочисленные продукты деления. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия.