химический каталог




Применение изотопов в химии и химической промышленности

Автор Ю.Я.Фиалков

м уран) обладают избытком нейтронов по отношению к числу протонов. Стремясь привести в соответствие число нейтронов и протонов, они выбрасывают электроны, высвобождающиеся при превращении нейтрона в протон. При этом может возникать длинная цепочка Р-превращений, Как, например:

16с 66с 12,8 дня 5,8 дня

?Хе140 >С$ио ^Ва140—^La149 Се140 (стаб.).

Как уже отмечалось, при делении урана под действием нейтронов при каждом акте деления высвобождаются два-три нейтрона. Каждый из этих нейтронов может вызвать новый акт деления, и, таким образом, на второй стадии выделится уже 2,52 нейтронов (2,5 — среднее число высвобождающихся при делении одного ядра урана нейтронов). Процесс деления нарастает лавинообразно, так как деление

урана осуществляется за крайне малое время (10 с). Это явление, лежащее в основе получения из урана ядерной энергии, носит название цепной реакции.

Казалось бы, даже один акт деления в массе урана, сопровождающийся выделением нейтронов, должен привести к цепной реакции. Однако на самом деле на протекание цепной реакции оказывает влияние еще ряд факторов. Природный уран состоит в основном из смеси двух изотопов —-U235 и U238. Содержание первого в природной смеси составляет 0,712%, второго— 99,28%. Уран-235 делится под воздействием нейтронов с малой энергией (тепловых нейтронов), в то время как U238 претерпевает деление при облучении быстрыми нейтронами. Кроме того, U238 захватывает выделяющиеся при* делении U235 нейтроны, превращаясь в U23d (о дальнейших превращениях U23J> см. ниже ?— в разделе о трансурановых элементах). При этом происходит реакция U238 (я, у) U23J>. Эти обстоятельства приводят к тому, что в природном уране возникшая цепная реакция быстро затухает. Незатухающую цепную реакцию можно осуществить двумя путями. Первый из них заключается в разделении изотопов урана. В массе U235, свободного от примеси тяжелого изотопа, цепная реакция проходит, не прерываясь. В чистом U235 убыль нейтронов происходит лишь за счет вылета нейтронов за пределы данного куска металла. Однако, если масса этого куска становится больше определенного значения, или, как говорят, превышает критическую массу, то цепная реакция быстро распространяется по всей массе урана. Поскольку в каждый момент довольно значительное число ядер U235 претерпевает спонтанный распад, сопровождающийся вылетом нейтронов, то, очевидно, что достаточно массе урана-235 превысить критическое значение, как неизбежно возникает взрыв.

Второй путь осуществления незатухающей цепной реакции состоит в замедлении нейтронов, выделяющихся при делении. Реакция захвата замедленных нейтронов ядрами U238 маловероятна, и, таким образом, большая часть нейтронов расходуется на взаимодействие с ядрами U235.

Ядерные реакторы. На практике управляемая цепная реакция расщепления урана осуществляется в специальных установках, называемых ядерными (урановыми) реакторами. Для непрерывного протекания процесса распада урана необходимо, чтобы число тепловых нейтронов, возникающих в результате каждого акта деления, превышало число тепловых нейтронов, затрачиваемых на деление. Кроме того, имеют значение такие факторы, как изотопный состав урана, количество расщепляющегося материала, количества веществ, поглощающих и замедляющих нейтроны, геометрическая форма реактора. Все эти условия определяют так называемую критическую массу реактора, т. е. ту минимальную массу урана или его соединений, которая способна обеспечить в данном реакторе протекание управляемого цепного процесса.

Отношение числа нейтронов, высвобождающихся (в среднем) в результате каждого акта деления, к числу нейтронов, затрачиваемых на возбуждение акта деления, лишь немногим должно превышать единицу. В противном случае процесс деления пойдет с быстро нарастающей скоростью, что может привести к потере контроля над протеканием процесса.

Скорость реакции деления в реакторах регулируется замедлителями, состоящими из веществ, хорошо поглощающих'нейтроны. Это, главным образом, сплавы кадмия, бора, соединения бора с углеродом и др. Регулируя глубину погружения стержней, выполненных из этих материалов, можно управлять скоростью протекания процесса. Максимальная скорость процесса отвечает максимально выведенным стержням; при полностью погруженных стержнях реакция совершенно прекращается.

Реакция деления урана сопровождается выделением громадного количества энергии. Каждое деление высвобождает приблизительно 200 МэВ, или 3,2 « 10~5мкДж. При распаде 3,1 • 107 ядер в одну секунду реактор имеет мощность в 1 кВт. Выделяющееся в реакторе тепло отводится посредством систем охлаждения. В качестве материалов, отводящих тепло, применяются вода, воздух, легкоплавкие металлы (калий, натрий).

Поток нейтронов Ф, проходящий в реакторе за 1 с через сечение в 1 см2, связан с общим числом делений А соотношением

А = Noгде а <— эффективное сечение реакции деления; N -— число атомов в 1 см3 делящегося вещества; V — объем реактора.

В реакторе мощностью 1000 кВт на 1 т урана средний поток нейтро

страница 33
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

Скачать книгу "Применение изотопов в химии и химической промышленности" (1.75Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
ведение кадрового учета на дому
ледовое шоу авербуха купить билет в москве электронно 2016 г
установка пламягасителей hyundai
курсы косметологов в москве в новопеределкино

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(08.12.2016)