Деление ядер урана. Цепная реакция

1. Деление ядер урана. Цепная реакция.

2. «Мы ставим задачу создать атомную энергетику, которая… будет экономически выгодной, нежели угольная энергетика» И.В. Курчатов

Курчатов Игорь Васильевич
(1903-1960)
«Мы ставим задачу
создать атомную
энергетику,
которая… будет
экономически
выгодной, нежели
угольная
энергетика»
И.В. Курчатов

3. В 1938 году немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман открыли деление ядер урана. Они установили, что при бомбардировке урана

В 1938 году немецкие ученые О. Ган и Ф.
Штрассман открыли деление ядер урана. Они
установили, что при бомбардировке урана
нейтронами возникают элементы средней части
таблицы Менделеева, около 80 разных ядер
(чаще барий и криптон).
Фриц Штрассман
(1902 - 1980)

4.

Истолкование было дано в начале 1939 г.
английским физиком О. Фришем совместно
с австрийским физиком Л. Мейтнер.
Лиза Мейтнер
1878-1968
Отто Роберт
Фриш
1904-1979

5.

Масса покоя тяжелого ядра больше
суммы масс покоя осколков,
возникающих при делении.
Выделение энергии,
эквивалентной
уменьшению массы
покоя,
сопровождающему
деление.
Полная масса сохраняется,
так как масса движущихся
с большой скоростью
осколков превышает их
массу покоя.
Возможно деление ядра.

6. Деление ядер урана объяснили на основе капельной модели

В ядро урана влетает нейтрон.
Из-за лишнего нейтрона ядро
возбуждается и начинает
растягиваться принимая
форму гантели. Затем ядро
делится на два осколка,
выбрасывая 2-3 нейтрона.
Осколки имеют разные массы
и разную радиоактивность,
скорость до 30000км/с.

7. Выделение энергии

Выделяется большая
энергия, которая имеет
электростатическое
происхождения. Возникает
из-за кулоновских сил
отталкивания.
При делении 1 г урана
выделяется столько же
энергии, сколько получается
при сжигании 3 т угля.

8. Цепная ядерная реакция -это ядерная реакция, в которой частицы, её вызывающие, являются её продуктами.

Цепная ядерная реакция это ядерная реакция, в
которой частицы, её
вызывающие, являются
её продуктами.
Нейтроны, вылетевшие при
делении ядра урана,
захватываются соседними
ядрами, которые делятся
выбрасывая 2-3 нейтрона.
Эти нейтроны захватываются
следующими соседними
ядрами, которые в свою
очередь делятся. Начинается
цепная реакция.

9.

К - коэффициент размножения нейтронов
к=
количество нейтронов какого−то поколения
количество нейтронов предшествующего поколения
• Если k < 1, реакция быстро затухает,
• Если k = 1, реакция протекает с постоянной
интенсивностью (управляемая в ядерных
реакторах),
• Если k >1, реакция развивается лавинно
(неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву
К- можно изменять, вводя в активную зону
стержни из бора или кадмия, которые активно
поглощают нейтроны.

10. Изотопы урана

Природный уран состоит из 2-х изотопов
Уран-235 и Уран-238. Уран-235 дает цепную
реакцию, но его в природе очень мало (0,07)
Уран-238 не дает цепную реакцию, но из него
получают Плутоний, который дает цепную
реакцию.

11.

Условия цепной ядерной реакции
Активная зона – среда, в которой
протекает цепная реакция деления ядер.
Критическая масса – наименьшая масса, при
которой возможно протекание цепной реакции
(чистый уран-235 -50кг при диаметре 18см).
Наличие отражающей оболочки из вещества,
хорошо отражающего нейтроны (чаще всего
бериллия).
Отсутствие примесей, поглощающих нейтроны.
Наличие замедлителя нейтронов (чаще всего
графит, вода, тяжелая вода).

12. Критическая масса — минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции

деления
Минимальное значение радиуса шара при котором
возникает цепная реакция называется критическим
радиусом.
Если масса (и соответственно размеры) куска урана слишком мала, то многие
нейтроны вылетят за его пределы, не успев встретить на своем пути ядро,
вызвать его деление и породить таким образом новое поколение нейтронов,
необходимых для продолжения реакции. В этом случае цепная реакция
прекратится. Так например для шарообразного куска чистого изотопа урана235 критическая масса составляет около 45 кг, для высокообогащённого (94 %
U-235) составит уже 52 кг при этом его радиус составляет всего 9см,
поскольку уран имеет очень большую плотность. Уменьшить потерю
нейтронов (которые вылетают из урана, не прореагировав с ядрами) можно
не только за счет увеличения массы урана, но и с помощью специальной
отражающей оболочки. Для этого кусок урана помещают в оболочку,
сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны (например, из
бериллия). Применяя замедлитель и отражающую оболочку, и уменьшая
количество примесей, удается снизить критическую массу урана до 0,8 кг

13. Применение цепной реакции

1.В атомных реакторах ,
которые применяются на
АЭС, атомных ледоколах
и в подводных лодках.
2. В атомных бомбах

14.

Ядерный реактор –это установка, в которой
происходит контролируемая цепная реакция.

15.

ПЕРВЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ
Ферми Энрико
(1901-1954)
Курчатов Игорь Васильевич
(1903-1960)
• Под руководством Энрико Ферми, коллективом ученых в США
был создан 1-й реактор в декабре 1942 г.
• Под руководством И.В. Курчатова коллективом ученых в СССР
был запущен 1-й реактор 25 декабря 1946 г.
• В г. Обнинск была введена в действие 1-я АЭС мощностью 5000
кВт в 1954 г.

16. Атомная бомба

В атомных бомбах цепная
неуправляемая ядерная
реакция возникает при
быстром соединении двух
кусков урана-235, каждый
из которых имеет массу
несколько ниже
критической.