Управляемая реакция деления ядер

Ядерная реакция, в которой частицы, вызвавшие реакцию, образуются как продукты реакции – называется цепной реакцией деления.

Для практического осуществления управляемой реакции деления ядер необходимо, чтобы эти ядра были достаточно устойчивы в смысле самопроизвольного радиоактивного распада, т.е. чтобы их период полураспада был достаточно большим. Вместе с тем энергия активами таких ядер (минимальная энергия, необходимая, чтобы вызвать деление ядра) должна быть не слишком большой, чтобы носителями ее могли служить нейтроны, образовавшиеся при делении ядер.

Нужным условиям удовлетворяют ядра:

Делящиеся ядра выбрасывают два-три нейтрона, эти нейтроны и могут быть использованы для проведения цепной реакции. Схема цепной реакции изображена на рис.6.3. Рассматривается объем ядерного горючего V.

1 - первое разделившееся ядро;

2 - ядра второго;

3 - третьего и т.д. поколений. Пути нейтронов показаны тонкими линиями.

Обозначим через N общее число нейтронов, в объеме V к моменту времени t (число нейтронов в данном поколении).

- среднее время от возникновения нового нейтрона до его поглощения следующим делящимся ядром (среднее время жизни одного поколения).

Если f - есть число вновь образующихся ответвлений на каждом ядре, то

f - число новых нейтронов, возникающих в объеме V за единицу времени. Обозначим через ту часть вновь образующихся нейтронов, которая поглощается неделящимися ядрами примесей, имеющихся в ядерном горючем или специально добавляемыми в него, а также ядрами накапливающихся продуктов деления.

Число нейтронов, затрачиваемых на эти процессы обрыва цепей за единицу времени: .

Часть нейтронов может выйти через поверхность S, ограничивающую объем V, наружу. Число теряемых за счет этого нейтронов пропорционально общему числу нейтронов N, скорости вылета v и обратно пропорционально линейным размерам объема, занимаемого ядерным горючим L:

v · .

Уравнение баланса нейтронов:

(6.2)

Характер протекания реакции зависит от знака и величины множителя К.

Интегрирование уравнения (6.2) дает:

(6.3)

При К < 0 число нейтронов, первоначально находившихся в объеме, непрерывно уменьшается, и цепная реакция будет затухать (рис.6.4, кривая 1)

Кривые 2 и 3 соответствуют значениям К>0 и К = 0.