химический каталог




Основы общей химии. Том 2

Автор Б.В.Некрасов

ния оказывается крайне невыгодным.

Обобщение опыта по превращению элементов приводит к выводу, что пригодной для энергетического использования может быть только такая ядерная реакция, которая, однажды начавшись, будет продолжаться самопроизвольно (подобно тому, как продолжает гореть однажды подожженное топливо). Реальные перспективы в этом направлении появились лишь благодаря открытию нового типа ядерного распада. Последний, как и естественная радиоактивность, был впервые обнаружен при исследовании ураиа.

В теории атомных ядер часто пользуются моделью, уподобляющей ядро заряженной капле жидкости. Расчет такой системы показывает, что при достаточном возрастании заряда капли вероятным становится ее деление на две более или менее близкие по размерам части (рис. XVI-46)Л*

Рис. XVI-46. Схема деления заряженной капли.

Подобное деление атомных ядер было экспериментально установлено при изучении процесса взаимодействия урана с нейтронами (Ган и Штрасс-ман, 1939 г.). Немного позже выяснилось, что ядра урана могут делиться и самопроизвольно (К. А. Пе-тржак, Г. Н. Флеров, 1940 г.), но такое самопроизвольное (спонтанное) деление осуществляется крайне редко. На рис. XVI-47 дана снятая в конденсационной камере фотография двух противоположно направленных следов, выходящих из коллоидной пленкн, покрытой слоем U03- Следы эти принадлежат «ос-колочяым» ядрам, возникшим в результате деления ядра урана.3-11

Отношение к нейтронам обоих основных изотопов урана— 238U.H

235у — существенно различно. Хотя ядро первого из них и способно к

делению под действием быстрых нейтронов, но гораздо характернее для

него простой захват нейтрона с переходом в 239U. Напротив, в результате взаимодействия с нейтроном ядра последнее

подвергается делению (причем наиболее

эффективными оказываются в данном случае медленные нейтроны).12

Исключительно важно то обстоятельство, что деление ядер 235U сопровождается испусканием нейтронов (по 2—Зна каждое деление), которые могут, в свою

очередь, вызвать деление соседних ядер 235U. Таким образом, становится принципиально возможным не только самопроизвольное продолжение однажды начавшегося процесса, но и его лавинообразное самоускорение (рис. XVI-48).13

Деление ядер 235U происходит с выделением громадного количества энергии — около 18 млн. ккал на каждый грамм делящихся ядер. Такой энергетический эффект примерно равен тому, который дает взрыв 18 г обычного взрывчатого вещества. Из этого сопоставления, в сочетании с принципиальной возможностью лавинообразного самоускорения процесса деления, непосредственно вытекала идея «атомной бомбы». Проблема ее создания была, как известно, разрешена в 1942—1945 г. совместными усилиями большого коллектива ученых различных стран. и'15

Для получения эффекта взрыва необходимо обеспечить достаточную скорость распространения процесса разложения по всей массе

взрывчатого вещества. Применительно к атомной бомбе это значит, что для лавинного развития распада должен быть по возможности использован каждый нейтрон. Иначе говоря, должна быть сведена к минимуму бесполезная (для взрыва) потеря нейтронов за счет их простого захвата или вылета из реакционной системы без взаимодействия с ядрами.

Рнс XVI-48. Схема лавинообразного деления.

Первый источник потерь может быть достаточно уменьшен путем тщательной очистки «взрывчатого материала» от примесей тех атомов, ядра которых способны к простому захвату нейтронов. Что касается вылета последних из реакционной системы без взаимодействия с ядрами, то такой вылет становится тем менее вероятным, чем больше сама компактно сосредоточенная масса «взрывчатого материала». Если она меньше некоторой критической, то слишком много нейтронов бесполезно теряется и лавина вообще не нарастает. Если масса близка к критической, то нарастание лавины идет сравнительно медленно и бомба просто разваливается без взрыва. Наконец, если масса выше критической, то лавина нарастает мгновенно (за время порядка миллионнойдоли секунды) и происходит взрыв.

Из изложенного следует, что взрыв не будет иметь места в двух отдельных кусках «взрывчатого материала», масса каждого из которых несколько больше половины критической. Наоборот, если оба куска очень быстро соединить вместе, то взрыв тотчас же произойдет (так как необходимые для начала развития лавины отдельные нейтроны всегда имеются благодаря существованию самопроизвольного деления). Именно на этом и было основано инициирование взрыва первой атомной бомбы: производился выстрел одной ее частью, как снарядом, в другую часть, как мишень.

Рис. XVI-49. Принципиальная схема простейшей атомной бомбы.

Тем самым

Принципиальная схема простейшей атомной бомбы показана на рис XVI-49. Роль отражателя сводится к рассеиванию вылетающих из урана нейтронов, в результате чего значительная их часть не теряется, а возвращается обратно, размеры критической массы урана существенно снижаются

Из двух первоначальных вариантов атомной бомбы в первом «взрывчатым веществом» являлся 235U. Содержание этого изотопа в природном уране составляет всего 0,7%, причем количественно преобладающий (в отношении 140:1) 238U характеризуется резко выраженной тенденцией к.захвату нейтронов. Чрезвычайно трудная задача выделения 235U была разрешена в основном при помощи специально сконструированного электромагнитного разделителя изотопов, работающего по принципу масс-спектрографа. Общий вид первой атомной бомбы показан на рис. XVI-50 (длина 3 м, диаметр 71 см, вес 4 т).17

Возможность осуществления другого варианта атомной бомбы определилась тогда, когда выяснилось, что 23эРи ведет себя в отношении деления аналогично 235U. Так как сам 239Ри образуется в результате захвата нейтрона изотопом 238U, последний из вредного балласта (при

57$

XVI, Атомное ядро

первом варианте) превращается в ценное исходное сырье. Это уже само по себе имеет громадное значение, так как допускает гораздо более

полное использование природного урана.18

XVI-50. Общий вид первой атомной бомбы.

Практическая реализация второго варианта требовала получения ЗНАЧИтельных количеств плутония. Для Этой цели были сконструированы специальные ядерные реакторы («котлы») большого масштаба, состоящие, из графита, в массе которого распределены стержни металлического урана (рис- XVI-ol), Роль графита заключается в замедлении нейтронов, переходящих от одного стержня к другому, с целью максимального их использования для деления ядер. Основные протекающие в ядерном реакторе процессы могут бьт> выражены следующим образом:

п 4- осколочные ядра + 2л п + ^Ри осколочные ядра + 2л

Реактор рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить бесперебойное протекание первой реакции, которая является основным поставщиком нейтронов. Благодаря значительному количественному преобладанию 238U вторая реакция идет без затруднений. Наконец, третья реакция начинает становиться заметной лишь после достаточного накопления плутония, причем ее протеканием отчасти компенсируется убыль ядер ^U.

Принципиальная схема ядерного реактора показана на рис, XVI-52. Заполненное графитом и ураном реакционное пространство А окружено отражателем нейтронов Б и толстой обкладкой, В, служащей для защиты от излучений реактора. Контроль его работы осуществляется ионизационной камерой Г, передающей сигналы усилительному устройству Д. Последнее автоматически регулирует работу реактора путем выдвигания или вдвигания

сильно поглощающего нейтроны стержня Е (сделанного из кадмия или бористой стали).

Протекающие в реакторе процессы сопровождаются рыделениеч громадных количеств энергии, что ведет к быстрому повышению температуры. Так как с точки зрения выработки плутония это невыгодно, приходится производить интенсивное внутреннее охлаждение реакционного пространства.19-34

§ 6. Деление ядер

679

Урановые стержни периодически извлекаются из реактора (с заменой новыми) и подвергаются сложной химической перерабртке для

выделения образовавшегося плутония. Так как выход его весьма невелик (менее 1%), он обходится в конечном

страница 236
< 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 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280

Скачать книгу "Основы общей химии. Том 2" (12.92Mb)


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

 

 

Реклама
курсы бухгалтера в москве с трудоустройством отзывы
Fossil Original Boyfriend ES3625
вытягивания в мятин без покраски в свао
такси москва услуги курьера

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
(05.12.2016)