Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки.

Слайд 5Деление ядер урана Первым открытым процессом деления ядра урана было вынужденное деление. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Деление ядра урана — это процесс расщепления ядра, в результате которого происходит освобождение энергии и эмиссии ядерных частиц. Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. 0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона.

Нобелевские лауреаты: Отто Ган. Премия за деление ядра

Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер изотопа урана-235, замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления. Главное открытие, конечно же, Ган совершил в 1938 году: 17 декабря при попытке получить трансурановые элементы бомбардировкой урана нейтронами Ган и Фриц Штрассман увидели расщепления ядра урана.

Деление ядра атома урана

это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. Прежде всего, была экспериментально доказана справедливость гипотезы о делении ядра урана и непосредственно измерена энергия деления. Согласно ему, для инициации деления нейтрон должен обладать довольно большой энергией, более 1 МэВ для ядер основных изотопов — урана-238 и тория-232. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую.

1. Механизм деления ядра урана:

0:51 Процесс деления ядра Урана под воздействием попавшего в него нейтрона. Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. — При делении ядра урана на два осколка эти осколки разлетаются, тормозятся в веществе и передают свою энергетическую энергию веществу, которое нагревается. Цепная реакция деления ядер урана – это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. После успешного обнаружения способности деления урана, другая команда во главе с Энрико Ферми, на этот раз в рамках Манхэттенского проекта, начала работу над первым в мире ядерным реактором под названием Чикагская свая-1 (CP-1).

Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?

Мы знаем это, исследуя содержание благородного газа ксенона. Ключевое наблюдение заключалось в том, что образцы Окло содержали различные изотопы этого элемента, от ксенона 136, который образовался всего через одну минуту после деления, до ксенона 132 и 131, образовавшихся через несколько дней, и до ксенона, которому 129 миллионов лет. Если бы месторождение Окло было закрытой системой, ксенон, накопленный в образцах, сохранял бы стандартный изотопный состав. Однако этого не произошло, о чем свидетельствует испарение воды и реакция повторного деления. Наличие самой воды также подтверждалось тем фактом, что большая часть ксенона была обнаружена не в богатых ураном минералах, а в зернах фосфата алюминия, образовавшихся в результате действия H2O, нагретой ядерной реакцией до 300 градусов. Габонские реакторы работали до тех пор, пока концентрация урана не стала настолько низкой, что было невозможно инициировать реакцию деления. Ученые даже подсчитали среднюю выходную мощность. Подробные расчеты по этому поводу были представлены Джорджем А. Коуэном , который показал, что часть нейтронов, выделяющихся при делении урана-235, захватывается ураном-238, что приводит к его превращению сначала в уран-239, а затем в плутоний-239.

Залежи последних составили около 2 тонн и, хотя они полностью исчезли, часть из них раскололась. Исходя из этого, было определено, что реакции длились сотни тысяч лет. Кроме того, проверив количество использованного урана-235, Коуэн подсчитал выделившуюся энергию, объем которой превысил 15 000 кубических метров. Это дает среднюю мощность реактора около 100 киловатт, что смехотворно мало по сравнению с реакторами, построенными людьми. Ученые полагают, что в прошлом могли быть участки, подобные габонскому руднику Окло. К сожалению, найти их может быть сложно из-за тектонических движений земной коры, которые могли вызвать разрушение таких регионов. Однако известно, что исследования изотопов ксенона будут иметь большую долю в потенциальном поиске. Время покажет, приведут ли они к открытию, аналогичному открытию 1972 года.

Малогабаритный блок автоматики БА40 массой 12,6 кг. Духова Его выдает генератор подрывного импульса тока — сложное устройство из многих элементов. Это специальные высоковольтные конденсаторы очень большой емкости, коммутирующие импульсные разрядники, мощный транзистор и высоковольтный выпрямительный столб, дополняемые высоковольтными соединительными элементами. Помимо компактности, в силу быстроты и большой мощности импульса возникает требование малоиндуктивности к генератору и его элементам, выполняемое специальными конструктивными и техническими решениями. После выдачи подрывного импульса тока включается электрическая линия задержки. Она откладывает выдачу импульса нейтронов до нужного момента времени, когда ядерный материал в ходе имплозии перейдет в сверхкритическое состояние с заданной величиной эффективного коэффициента размножения нейтронов.

Самые первые импульсные нейтронные источники были неуправляемыми и представляли собой маленький шарик в центре ядерной сборки. Он содержал разделенные преградой полоний и бериллий. Их ядерная реакция для выхода нейтронов запускалась механическим смешением при имплозии, без выбора момента срабатывания. Применение внешних импульсных нейтронных источников упростило ядерную часть заряда, но главное — ощутимо повысило эффективность деления ядерного материала. Уже первые внешние импульсные нейтронные источники были управляемыми и создавали импульс нужной интенсивности и длительности в оптимальный момент времени. Это увеличило выделение энергии взрыва более чем в полтора раза, что наглядно характеризует роль блока автоматики и его возможности.

Первые поколения внешних импульсных нейтронных источников были однокаскадным линейным ускорителем. Он разгонял ионы ядра дейтерия электромагнитным полем до энергии 120 килоэлектронвольт, с запасом обеспечивая преодоление кулоновского отталкивания и энергию начала реакции 100 килоэлектронвольт. Так создается мощный нейтронный поток — нейтронный импульс из десятков триллионов нейтронов и больше, поступающих в сверхкритическую ядерную сборку за короткое время. Технически это вакуумная трубка, где источником ядер дейтерия служит взрывающаяся от нагрева проволочка, содержащая дейтерий. Поэтому устройство назвали нейтронной трубкой. Она является самой сложной и важной частью блока автоматики.

Для работы импульсного нейтронного источника нужны высоковольтные устройства: импульсный трансформатор, конденсаторы с большой емкостью, высоковольтные коммутирующие устройства. Можно повысить энерговыделение взрыва, формируя нейтронный импульс специальной формы. Она задается специальными элементами в блоке нейтронной трубки. Поздние поколения нейтронных источников имеют свои особенности конструкции, но их работа строится на тех же принципах: выдача нейтронного потока нужной интенсивности, длительности и формы, с точной привязкой во времени. Система предохранения и взведения Даже обычный снаряд допустим, автоматической авиационной пушки не готов к взрыву ни на складе, ни в ленте на борту, ни в стволе пушки, ни сразу после выхода из ствола. В процессе выстрела и полета во взрывателе снаряда снимается целый ряд предохранений, последнее уже через пару сотен метров от дула.

Это называется дальним взведением, и исключает взрыв снаряда на борту, в стволе и вблизи самолета. Для ядерного боеприпаса это тем более важно. Он не готов к взрыву ни при эксплуатации, ни сразу после отделения от носителя. Ядерный заряд не даст атомного взрыва в любой нештатной ситуации. Даже если его уронить с высоты на скалы, сунуть в доменную печь, обстрелять из любого оружия, обложить взрывчаткой и взорвать, или близко сработает другой ядерный заряд. Карпенко Взрывобезопасность заряда обеспечивает система предохранения и взведения.

Она исключает случайный или преждевременный подрыв заряда, взрыв из-за ложных данных, несанкционированных действий и любых нештатных причин. Она же переводит заряд в стадии все большей готовности к взрыву перед его срабатыванием. И эта система также входит в состав блока автоматики.

Один из таких приборов стал темой моей дипломной работы, а руководителем ее был Игорь Васильевич. Бороды он еще не носил.

Спустя года два — я продолжал заниматься прибористикой — Курчатов прислал ко мне на консультацию студента Флерова, задиристого и самолюбивого. Тема его диплома была близка моей, оба мы были молоды и вскоре стали работать сообща, хотя формально были сотрудниками разных институтов. А спустя какое-то время, кажется, это было в самом конце тридцать восьмого года, о ядре заговорили всерьез. Умы взбудоражило сообщение, что Ган и Штрассман в Германии открыли деление ядер урана нейтронами. Они пытались получить новый элемент, а натолкнулись на новое явление.

Явление, интересное прежде всего своим энерговыделением — огромным количеством энергии, высвобождавшейся при каждом элементарном акте. Курчатов поручил нам с Флеровым повторить эти опыты, воспроизвести их. Уран был в виде урановой смолки , радон-бериллиевый источник нейтронов — тоже, а на регистрирующих приборах мы оба к тому времени собаку съели. Результаты Гана и Штрассмана заинтересовали не только Курчатова, заинтересовали прежде всего энергетической стороной дела. И естественно, многие физики задумались, а не могут ли эти ядра делиться сами по себе, спонтанно.

Нильс Бор рассчитал даже время жизни урана по спонтанному делению и получил 1022 лет. Либби попробовал обнаружить спонтанное деление экспериментально, но сумел установить лишь нижний предел — 1014 лет — и прекратил опыты. Начиная свои опыты, мы не ставили целью открытие спонтанного деления, а искали энергетический «порог» деления урана, т. В нашем распоряжении была обычная ионизационная камера и обычная по тем временам регистрирующая радиоаппаратура, смонтированная собственноручно. В каждом приличном опыте положено прежде всего смотреть нулевой эффект, т.

И всякий раз, когда измеряли пулевой эффект, он не был равен нулю: камера нет-нет, да щелкнет! Объясняли это чем угодно, но только не спонтанным делением: проезжими трамваями, космическим излучением, несовершенством усилительной аппаратуры, влиянием посторонних нейтронных источников. Когда первый раз сообщили об этом Курчатову, реакция его была не слишком положительной: «Это какая-то грязь». От греха подальше, т. Но и там камера щелкала.

Остались трамваи, космика, осталась та же аппаратура, но исключать возможность нового явления — самопроизвольного деления ядер — тоже не было оснований кроме теоретических расчетов Бора. Идея эта родилась при обсуждении результатов опытов с Курчатовым. Эффект был — слабый, но был! Тут же придумали опыт, в сущности очень простой: решили сделать ионизационную камеру многослойной, как радиоконденсатор.

При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией. Схема развития цепной реакции деления ядер урана представлена на рис. При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. Рассмотренная выше схема цепной реакции представляет собой идеальный случай. В реальных условиях не все образующиеся при делении нейтроны участвуют в делении других ядер. Часть их захватывается неделящимися ядрами посторонних атомов, другие вылетают из урана наружу утечка нейтронов. Поэтому цепная реакция деления тяжелых ядер возникает не всегда и не при любой массе урана. Коэффициент размножения зависит от ряда факторов, в частности от природы и количества делящегося вещества, от геометрической формы занимаемого им объема. Одно и то же количество данного вещества имеет разное значение К. К максимально, если вещество имеет шарообразную форму, поскольку в этом случае потеря мгновенных нейтронов через поверхность будет наименьшей.

Уран выпал в осадок?

Наука РФ - официальный сайт
Эффект просушки: что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Спонтанное деление урана
«Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле

Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана

Схема цепной реакции деления урана-235 нейтронами при эффективном коэффициенте размножения нейтронов больше единицы. Продукты деления ядра урана нестабильны, так как в них содержится значительное избыточное число нейтронов. В ядрах урана возможно и спонтанное деление, без возбуждения нейтроном. Объяснили появление этих элементов распадом ядер урана, захватившего нейтрон, на две примерно равные части.

Термоядерные реакции

Как выглядит самый страшный сценарий
Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников
Распадается за 40 минут: открыт новый изотоп урана
Ядерная топка Земли
Рассмотрим процесс деления ядра урана-235:

Дирижер атомного взрыва: тело и жизнь самой тайной части ядерного заряда

В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. Быстрые нейтроны, появляющиеся после деления ядер изотопа урана-235, замедлялись графитом до тепловых энергий, а затем вызывали новые деления. Продукты деления ядра урана нестабильны, так как в них содержится значительное избыточное число нейтронов. Схема цепной реакции деления урана-235 нейтронами при эффективном коэффициенте размножения нейтронов больше единицы. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции.

На уральском ядерном заводе произошел взрыв

Как показывают измерения, при замедлении нейтронов до тепловых скоростей поглощающая способность возрастает сильнее поглощающей способности , ведущее к делению, получает перевес. Поэтому, если замедлить нейтроны деления, не дав им поглотится в , цепная реакция станет возможной и с природным ураном. Система из природного урана и замедлителя, в которой может развиваться цепная реакция деления На практике такого результата добиваются, помещая топкие стержни из природного урана в виде редкой решетки в замедлитель рис. В качестве замедлителей используют вещества, обладающие малой атомной массой и слабо поглощающие нейтроны. Хорошими замедлителями являются графит, тяжелая вода, бериллий.

Пусть в одном из стержней произошло деление ядра урана. Так как стержень сравнительно тонкий, то быстрые вторичные нейтроны вылетят почти все в замедлитель. Стержни расположены в решетке довольно редко. Вылетевший нейтрон до попадания в новый стержень испытывает много соударений с ядрами замедлителя и замедляется до скорости теплового движения рис.

Попав затем в урановый стержень, нейтрон поглотится скорее всего в и вызовет новое деление, продолжая тем самым реакцию. Цепная реакция деления была впервые осуществлена в США в 1942г. Независимо этот процесс был реализован в СССР в 1946г. Развитие ценной реакции деления в системе из природного урана и замедлителя.

Быстрый нейтрон, вылетев из тонкого стержня, попадет в замедлитель и замедляется. Попав снова в уран, замедленный нейтрон скорее всего поглощается в , вызывая деление обозначение: два белых кружка. Некоторые нейтроны поглощаются в , не вызывая деления обозначение: черный кружок.

Схема развития цепной реакции деления ядер уран: Скорость цепной ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов k — это отношение числа нейтронов в данном этапе цепной ядерной реакции к их числу в предыдущем этапе. Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы так называемый коэффициент размножения нейтронов был больше единицы. Другими словами, в каждом последующем поколении нейтронов должно быть больше, чем в предыдущем. Коэффициент размножения определяется: числом нейтронов, образующихся в каждом элементарном акте; условиями, в которых протекает реакция — часть нейтронов может поглощаться другими ядрами или выходить из зоны реакции. Самоподдерживающаяся цепная реакция в уране с повышенным содержанием может развиваться только тогда, когда масса урана превосходит так называемую критическую массу. Для чистого критическая масса составляет около 50 кг при минимальном объеме шара радиусом 9см.

Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать замедлители нейтронов, так как нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O. Обычная вода при взаимодействии с нейтронами сама превращается в тяжелую воду. Хорошим замедлителем является также графит, ядра которого не поглощают нейтронов. При упругом взаимодействии с ядрами дейтерия или углерода нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Применение замедлителей нейтронов и специальной оболочки из бериллия, которая отражает нейтроны, позволяет снизить критическую массу до 250 г. В атомных бомбах цепная неуправляемая ядерная реакция возникает при быстром соединении двух кусков , каждый из которых имеет массу несколько ниже критической. Ядерный или атомный реактор - устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер. В активную зону вводятся регулирующие стержни, содержащие кадмий или бор, которые интенсивно поглощают нейтроны.

Стрежни с кадмием или бором, поглощающие нейтроны, вводят в активную зону. Этот процесс позволяет контролировать скорость цепной реакции. Охлаждение активной зоны производится с помощью прокачиваемого теплоносителя в качестве воды или металла с низкой температурой плавления натрий.

Например, при полном делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделилось бы столько же энергии, сколько выделяется при сгорании 2,5 т нефти. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в электрическую на атомных электростанциях используют так называемые цепные реакции деления ядер. Рассмотрим механизм протекания цепной реакции деления ядра изотопа урана. Ядро атома урана рис. Два из этих нейтронов вызвали реакцию деления ещё двух ядер, при этом образовалось уже четыре нейтрона. Эти, в свою очередь, вызвали деление четырёх ядер, после чего образовалось девять нейтронов и т.

Цепная реакция возможна благодаря тому, что при делении каждого ядра образуется 2—3 нейтрона, которые могут принять участие в делении других ядер. На рисунке 163 показана схема цепной реакции, при которой общее число свободных нейтронов в куске урана лавинообразно увеличивается со временем. Соответственно резко возрастает число делений ядер и энергия, выделяющаяся в единицу времени. Поэтому такая реакция носит взрывной характер она протекает в атомной бомбе. 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.

Новости деление ядер урана