| 8695912 9216 5224 943 1 попадая в блок, поглощаются в поверхностном слое, поэтому внутр. часть блока экранирована и значит, часть атомов урана не принимает участия в резонансном поглощении; 2) нейтроны резонансной энергии, образовавшиеся в замедлителе, могут не попасть в уран, а, замедляясь при рассеянии на ядрах замедлителя, „уйти" из опасного интервала энергии. При поглощении теплового нейтрона в блоке рождается г\ вторичных быстрых нейтронов, каждый из к-рых до выхода из блока вызовет небольшое количество делений 238U. В результате число быстрых нейтронов, вылетающих из блока в замедлитель, равно ел, где е - коэфф. размножения на быстрых нейтронах. Бели ф - вероятность избежать резонансного поглощения, то только ет|ф нейтронов замедлится до тепловой энергии. Часть тепловых нейтронов поглотится в замедлителе. Пусть 0 - вероятность того, что тепловой нейтрон поглотится в уране {коэфф. теплового использования нейтро-еов). В гомогенной системе:
[30-31-6.jpg]
гетерогенной системе:
[30-31-7.jpg]
Здесь ри и рз - концентрации урана и замедлителя, оп - соответствующие сечения поглощения, Ф - потоки нейтронов. В результате на 1 тепловой нейтрон первого поколения, совершающий деление, получается Кэф = е кпдФ9 нейтронов след, поколения, к-рые могут вызвать деление. Кбеск, - коэфф. размножения нейтронов в бесконечной гетерогенной системе. Если Кбеск - 1>0, то реакция деления в бесконечной решётке будет нарастать экспоненциально.
Если система имеет ограниченные размеры, то часть нейтронов может покинуть среду. Обозначим долю нейтронов, вылетающих наружу, через 1-Р, тогда для продолжения реакции деления остаётся Кэф = К~Р нейтронов, и если Кэф> 1, то число делений растёт экспоненциально и реакция является саморазвивающейся. Т. к. число делений и, следовательно, число вторичных нейтронов в размножающей среде пропорционально её объёму, а их вылет (утечка) пропорционален поверхности окружающей среды, то Я. ц. р. возможна только в среде достаточно больших размеров. Напр., для шара радиуса [30-31-8.jpg] отношение ооъема к поверхности равно К/3, и, следовательно, чем больше радиус шара, тем меньше утечка нейтронов. Если радиус размножающей среды становится достаточно большим, чтобы в системе проходила стационарная Я. ц. р., т. е. R - 1 = 0, то такую систему называют критической, а её радиус критическим радиусом.
Для осуществления Я. ц. р. в природном уране на тепловых нейтронах используют в качестве замедлителя вещества с малым сечением радиационного захвата (графит или тяжёлую воду D2О). В замедлителе из обыкновенной воды Я. ц. р. на природном уране невозможна из-за большого поглощения нейтронов в водороде.
Чтобы интенсивность Я. ц. р. можно было регулировать, время жизни одного поколения нейтронов должно быть достаточно велико. Время жизни то тепловых нейтронов мало (то = 10-3 сек). Однако наряду с нейтронами, вылетающими из ядра мгновенно (за время 10-16 сек), существует небольшая доля ц т. н. запаздывающих нейтронов, вылетающих после b-распада осколков деления со средним временем жизни та = 14,4 сек. Для запаздывающих нейтронов при делении 235U и"0,75-10-2. Если Кэф>1+и, то время Т чразгона" Я. ц. р. (равное времени, за к-рое число деления увеличивается в е раз) определяется соотношением:
[30-31-9.jpg]
т. е. запаздывающие нейтроны не участвуют в развитии Я. ц. р. Практически важен другой предельный случай: Кэф- тогда:
[30-31-10.jpg]
т. е. мгновенные нейтроны не играют роли в развитии реакции. Т. о., если Кэф< 1 + и, то Я. ц. р. будет развиваться только при участии запаздывающих нейтронов за время порядка минут и будет хорошо регулируемой (роль запаздывающих нейтронов была впервые отмечена Зельдовичем и Харитоном в 1940).
Я. ц. р. осуществляется также на уране, обогащённом 233U, и в чистом 235U. В этих случаях она идёт и на быстрых нейтронах. При поглощении нейтронов в 238и образуется 239Np, а из него после двух |3-распадов - 23эРи, к-рый делится под действием тепловых нейтронов, с v = 2,9. При облучении нейтронами 232 Th образуется делящийся на тепловых нейтронах 233U. Кроме того, Я. ц. р. возможна в 241Ри и изотопах Cm и Cf с нечётным массовым числом (см. Ядерное топливо). Из v нейтронов, образующихся в 1 акте деления, один идёт на продолжение Я. ц. р., и, если снизить потери, для воспроизводства ядерного горючего может сохраниться больше одного нейтрона, что может привести к расширенному воспроизводству горючего (см. Реактор-размножитель).
Лит.: Галанин А. Д., Теория ядерных реакторов на тепловых нейтронах, 2 изд., М., 1959; Вейнберг А., В и гн е р Е., Физическая теория ядерных реакн торов, пер. с англ., М., 1961; Зельдович Я. Б., Харитон Ю. Б., "Журнал экспериментальной и теоретической физики", 1940, т. 10, в. 1, с. 29 - 36; в. 5, с. 477 - 82; Ферми Э., Научные труды, т. 2, М., 1972, с. 308. _ П. Э. Немировский.
ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ, грандиозный по своим масштабам и разрушительной силе; взрыв, вызываемый высвобождением ядерной энергии. К возможности овладения ядерной энергией физики вплотную подошли в начале второй мировой войны 1939-45. Первая т. н. атомная бомба была создана в США объединёнными усилиями большой группы крупнейших учёных, многие из к-рых эмигрировали из Европы, спасаясь от гитлеровского режима. Первый испытательный Я. в. был произведён 16 июля 1945 близ Аламогордо (шт. Нью-Мексико, США); б и 9 авг. 1945 две американские атомные бомбы были сброшены на япон. города Хиросима и Нагасаки (см. Ядерное оружие). Энергия первых Я. в. оценивалась примерно в 1021эрг (1014дж), что эквивалентно выделению энергии при взрыве ок. 20 тыс. т (кт) тротила (энергию Я. в. обычно характеризуют его тротиловым эквивалентом). В СССР первый атомный взрыв был осуществлён в авг. 1949, а 12 авг. 1953 в СССР было проведено первое испытание значительно более мощной водородной бомбы. В дальнейшем ядерные державы производили испытательные Я. в. с энергиями до десятков млн. т (Mm) тротилового эквивалента.
К Я. в. может привести либо ядерная цепная реакция деления тяжёлых ядер х(напр., 235U и 23ЭРи), либо термоядерная реакция синтеза ядер гелия из более лёгких ядер. Ядра 235U и 231)Ри делятся при захвате нейтрона на два осколочных ядра средней атомной массы; при этом рождается также неск. нейтронов (обычно два-три). Сумма масс всех дочерних частиц меньше массы исходного ядра на величину Am, называемую дефектом массы. Дефекту массы, согласно соотношению А. Эйнштейна, отвечает энергия ДЕ = Am -с2(с - скорость света), к-рая представляет собой энергию связи продуктов деления в исходном ядре. Высвобождение этой энергии при быстро развивающейся цепной ядерной реакции деления и приводит к взрыву. На одно делящееся ядро энергия ДЕ составляет ок. 200 Мэв. В 1 кг 235U или 239Ри содержится 2,5'1024 ядер. При делении всех этих ядер выделяется огромная энергия, равная примерно Ю21 эрг.
Возможность протекания цепной реакции деления обусловлена тем, что в акте деления рождается более одного нейтрона. Каждый из них также может произвести деление ядер. Следующее поколение нейтронов делит другие ядра и т. д. Напр., если по два нейтрона каждого поколения производят деление, то через 80 поколений реакция, начавшаяся с одного нейтрона, приведёт к распаду всех ядер 1 кг делящегося вещества. Обычно не все нейтроны вызывают деление ядер, часть из них теряется. Если потери слишком велики, то цепная реакция развиться не может. Вероятность потери отд. нейтрона тем выше, чем меньше линейные размеры и масса делящегося вещества. Предельные условия, когда в веществе может развиться цепная реакция, наз. критическими. Они характеризуются плотностью, геометрией, массой вещества (напр., существует критическая масса). Делящееся вещество в ядерном заряде располагают так, чтобы оно находилось в докритических условиях (напр., чтобы масса была рассредоточена). В нужный момент осуществляются сверхкритич. условия (всю массу собирают вместе), и тогда инициируется цепная реакция. Собрать всю массу необходимо очень быстро, для того чтобы реакция протекала при возможно большей степени сверхкритичности и до разлёта нагревающегося вещества успела бы прореагировать возможно большая его доля. Возможности повышения мощности Я. в., основанного на цепной реакции деления ядер, практически ограничены, т. к. очень трудно большую массу делящегося вещества, вначале расположенную в док-ритич. форме, достаточно быстро превратить в сверхкритическую.
Я. в. большой мощности с эквивалентом в миллионы и десятки млн. т тротила основаны на использовании реакции термоядерного синтеза. Осн. реакция здесь - превращение двух ядер тяжёлых изотопов водорода (дейтерия 2Н и трития 3Н) в ядро гелия 4Не и нейтрон. В одном акте выделяется энергия 17,6 Мэв. При полном превращении 1 кг тяжёлого водорода выделяется энергия, примерно в 4 раза превышающая энергию деления 1 кг 235U или 239Ри. Для того чтобы положительно заряженные ядра 2Н и 3Н могли столкнуться и испытать превращение, они должны преодолеть действующие между ними электрич. силы отталкивания, т. е. обладать значит, скоростью (кинетич. энергией). Поэтому термоядерная реакция, используемая в водородной бомбе, протекает при очень высоких темп-pax |
