Критический размер - система
Cтраница 1
Критические размеры системы, в которой осуществляется цепная реакция. Когда все физические свойства системы заданы, то единственной переменной величиной будет х, определяющая утечку из системы. Иначе говоря, допустимо терять из-за утечки не более 7 % нейтронов. [1]
Зависимость критических размеров систем произвольной формы от коэффициента размножения может быть получена из следующих элементарных соображений. [2]
Чтобы сделать критические размеры системы минимальными при условии сохранения возможности протекания цепной реакции, необходимо уменьшить число процессов, не сопровождающихся делением. Часть этой проблемы, касающаяся очистки делящихся материалов от элементов-примесей с большим сечением захвата нейтронов, самым тесным образом связана с задачами и методами радиохимии. [3]
В одном из предыдущих разделов было указано, что критические размеры системы, работающей на цепной реакции, могут быть увеличены или уменьшены путем удаления из котла или дополнения к нему материала, поглощающего нейтроны. На практике регулировка системы, работающей на цепной реакции, осуществляется путем вдвигания в котел или выдвигания из него стержня, сделанного из материала, имеющего большое эффективное сечение для поглощения нейтронов. Такими материалами могут служить кадмий или бор. Мы рассмотрим теорию регулирующих стержней несколько позднее, а сейчас только укажем, что если котел является точно критическим, в случае когда регулирующий стержень вдвинут на данную глубину в котел, то в силу того, что будет уменьшаться часть нейтронов, поглощаемая стержнем, выдвигая стержень, можно увеличить нейтронную плотность. Если регулирующий стержень вдвинуть в котел на большую глубину, чем в случае критического котла, нейтронная плотность должна уменьшиться. [4]
 |
Охлаждение пористой пластины, омываемой со скоростью v потоком чистого компонента А, при просачивании через нее со скоростью va ( х охлажденного до температуры Та газа А. [5] |
Необходимо применить результаты задачи 18 - 5 к определению критического размера системы, в которой протекает автокаталитическая реакция. В такой системе при образовании продуктов реакции скорость процесса возрастает. Если отношение поверхности системы к ее объему велико, продукты реакции стремятся выйти за границы системы. Однако, если отношение поверхности к объему мало, скорость удаления продуктов реакции может быть меньше, чем скорость их образования, и скорость процесса будет быстро увеличиваться. Для системы заданной формы должен существовать критический размер, для которого скорость образования продукта в точности равна скорости его удаления. [6]
В частности, следует отметить их исследование критических размеров мультиплицирующих систем с учетом конечности длины замедления нейтронов и установление возможных законов рассеяния медленных нейтронов ядрами, а также монографию Некоторые вопросы теории ядра, получившую широкую популярность и удостоенную премии им. [7]
Особым реактором на быстрых нейтронах, в котором осуществляется быстрая, неуправляемая цепная реакция взрывного типа, является атомная бомба. Ядерным взрывчатым веществом в ней служат чистые делящиеся вещества 92U235, 94Ри231 ( и 92L 233; в период до взрыва развитию цепной реакции препятствует вылет нейтронов за пределы делящегося вещества. Быстрая цепная реакция взрывного типа оказывается возможной при определенных критических параметрах ( размере и массе) устройства. Отсутствие замедлителя приводит к значительному снижению критических размеров системы. Для изотопов gaU235) 94Pu239 и в 3 критическая масса составляет, по-видимому, 10 - 20 кг. При плотности вещества р 18 7 г / см3 его критическая масса занимает объем шара радиусом 4 - 6 см. Некоторое уменьшение критической массы взрывчатого вещества бомбы может быть достигнуто за счет помещения заряда в оболочку из металлов, имеющих большую плотность и мало поглощающих нейтроны. [8]
Особым реактором на быстрых нейтронах, в котором осуществляется быстрая неуправляемая цепная реакция взрывного типа, является атомная бомба. В период до взрыва развитию цепной реакции препятствует вылет нейтронов за пределы делящегося вещества. Быстрая цепная реакция взрывного типа оказывается возможной при определенных критических параметрах ( размере и массе) устройства. Отсутствие замедлителя приводит к значительному снижению критических размеров системы. Для изотопов 92U235, в4Ри239 и 92U233 критическая масса составляет, по-видимому, 10 - 20 кг. При плотности вещества р 18 7 г / см3 его критическая масса занимает объем шара радиусом 4 - 6 см. Некоторое уменьшение критической массы взрывчатого вещества бомбы может быть достигнуто за счет помещения заряда в оболочку из металлов, имеющих большую плотность и мало поглощающих нейтроны. [9]
Особым реактором на быстрых нейтронах, в котором осуществляется быстрая, неуправляемая цепная реакция взрывного типа, является атомная бомба. Ядерным взрывчатым веществом в ней служат чистые делящиеся вещества U-235, Pu-239 и U-233; в период до взрыва развитию цепной реакции препятствует вылет нейтронов за пределы делящегося вещества. Быстрая цепная реакция взрывного типа оказывается возможной при определенных критических параметрах ( размере и массе) устройства. Отсутствие замедлителя приводит к значительному снижению критических размеров системы. Для изотопов U-235, Pu-239 и U-233 критическая масса составляет, по-видимому, 10 - 20 кг. При плотности вещества р18 7 г / см8 его критическая масса занимает объем шара радиусом 4 - 6 см. Некоторое уменьшение критической массы взрывчатого вещества бомбы может быть достигнуто за счет помещения заряда в оболочку из металлов, имеющих большую плотность и мало поглощающих нейтроны. [10]
Особым реактором на быстрых нейтронах, в котором осущестзляется быстрая, неуправляемая цепная реакция взрывного типа, является атомная бомба. Ядеоным взрывчатым веществом в ней служат чистые делящиеся вещества U-235, Ри-239 и U-233; в период до взрыва развитию цепной реакции препятствует вылет нейтронов за пределы делящегося вещества. Быстрая цепная реакция взрывного типа оказывается возможной при определенных критических параметрах ( размере и массе) устройства. Отсутствие замедлителя приводит к значительному снижению критических размеров системы. Для изотопов U-235, Ри-239 и U-233 критическая масса составляет, по-видимому, 10 - 20 кг. При плотности вещества р18 7 г / см3 его критическая масса занимает объем шара радиусом 4 - 6 см. Некоторое уменьшение критической массы взрывчатого вещества бомбы может быть достигнуто за счет помещения заряда в оболочку из металлов, имеющих большую плотность и мало поглощающих нейтроны. [11]
Однако не все нейтроны последующего поколения вызывают деление. Некоторые нейтроны могут быть захвачены примесями или потеряны в объеме делящегося материала еще каким-либо образом. Часть нейтронов теряется также и вследствие вылета из системы, имеющей конечные размеры. Относительное число нейтронов, вылетающих из системы и, следовательно, не участвующих в поддержании и развитии цепной реакции, зависит от размеров и формы системы. В куске чистого урана-235 или плутония-239 сравнительно легко получить коэффициент размножения, равный единице или больше, если размеры этого куска достаточно велики и, таким образом, мало относительное число нейтронов, выбывающих из реакции благодаря вылету через поверхность. Отсюда становится ясным понятие критического размера системы, ниже которого потери нейтронов настолько велики, что саморазвивающаяся цепная реакция невозможна. [12]
В любой данной системе, содержащей большое количество урана, имеются все три его изотопа. Каждое деление, вызванное захватом нейтрона, сопровождается испусканием нескольких новых быстрых нейтронов. Однако не все эти нейтроны вызовут деление. Некоторые из них могут быть потеряны вследствие вылета из данной системы. Относительное число нейтронов, которые вылетают из системы, может быть уменьшено изменением размеров и формы системы, например используя большее количество урана, которому придана примерно сферическая форма. В то время как деление является объемным эффектом, вылет нейтронов из данной системы является эффектом поверхностным и, следовательно, определяется поверхностью системы. Некоторые нейтроны, обладающие энергией примерно 38 eV, могут быть захвачены ураном и при этом не вызовут деления. Это называется резонансным захватом нейтронов. Другие нейтроны могут быть захвачены примесями, содержащимися в веществе. Оба эти явления относятся к объемным эффектам. Для получения саморазвивающейся цепной реакции в системе, содержащей уран, необходимо, чтобы ее размеры превышали некоторый критический размер, при котором число создаваемых при делении свободных нейтронов как раз равно числу нейтронов, теряемых вследствие вылета из вещества или захвата их ураном ( без деления) или примесями. Чтобы уменьшить критические размеры системы и все же сделать возможным течение цепной реакции, необходимо уменьшить число процессов, не сопровождающихся делением. Для этого, во-первых, тщательно очищают вещество от примесей, во-вторых, с помощью веществ, содержащих водород, дейтерий или углерод, замедляют нейтроны до таких значений их скоростей, при которых захваты без деления не имеют места. Использованное для замедления вещество называется замедлителем. [13]
Страницы: 1