Nuklearne reakcije: jednostavne i jasne. Nuklearna reakcija

§ 3.13 Nuklearne reakcije i defekt mase

1. Reakcije su moguće u prisustvu visokih temperatura i jakih elektromagnetnih polja

2. Prolazak procesa usled neutrona koji ne zahtevaju velika magnetna polja i visoke temperature

Nukleosinteza. Naučnik je proučavao fenomen nukleosinteze Burbidge.

U trenutku formiranja Univerzuma postojao je mešavina elektronskih čestica.

Zbog interakcije protona i neutrona, vodonik I helijum, i to u sljedećim omjerima: 2/3 – N, 1/3 – He.

Svi ostali elementi su formirani od vodonika.

Sunce se sastoji od helijuma i vodonika (10-20 miliona ºS).

Postoje vruće zvijezde (više od 150 miliona ºS). U dubinama su se formirale ove planete ugljenik, kiseonik, azot, sumpor i magnezijum.

Ostali elementi su nastali u eksplozijama supernove (uranijum i one teže).

U Univerzumu, helijum i vodonik su najčešći (3/4 vodonika i 1/4 helijuma).

○ Najčešći elementi na Zemlji:

§7 “Teorija talasnih čestica (dvostruka)”

Godine 1900 M. Planck izneti teoriju: potpuno crno telo takođe emituje energiju, ali je emituje u porcijama (kvantima).

● Kvant elektronsko-magnetnog polja je foton.

○ Wave priroda fotona:

- difrakcija(odstupanje svjetlosti od pravog smjera, ili sposobnost savijanja oko prepreka)

- smetnje(interakcija talasa u kojoj se talasi mogu preklapati jedan drugog i ili poboljšati ili poništiti jedan drugog)

1.Intensify

2. Intenzitet se smanjuje

3.Repaid

○ Corpuscular priroda fotona:

● Foto efekat– fenomen emisije elektrona od strane supstance pod uticajem elektromagnetnog zračenja.

Stoletov proučavao zakone fotoćelije.

Dato je objašnjenje fotoelektričnog efekta Einstein u okviru korpuskularne teorije.

Foton koji udari u elektron prenosi dio njegove energije.

● Comptonov efekat– ako je rendgensko zračenje usmjereno na supstancu, ono se raspršuje od strane elektrona tvari. Ovo raspršeno zračenje će imati veću talasnu dužinu od upadnog zračenja. Razlika zavisi od ugla raspršenja.

E = hυ

h – traka

υ – frekvencija zračenja

●Foton – talasni paket.

Matematički, dualnost talas-čestica je izražena u L. de Broglieova jednadžba:

λ = h / (m · v) = h / P

P– impuls

Ovaj dualizam je univerzalna teorija; može se distribuirati na sve vrste materije.

○ primjeri:

Elektron

m e = 9,1 10 -28 Gv ~ 10 8 cm/sλ ~ 10 -8 cm

leteća lopta

m= 50 gv~ 25 cm/sλ ~ 10 -32 cm

1) Princip nesigurnosti[IN. Heisenberg] – nemoguće je istovremeno tačno odrediti koordinatu čestice i njen impuls.

∆q · ∆ str ≥ h / 2

∆q – nesigurnost bilo koje koordinate

∆str – neizvjesnost momenta

∆E · ∆ t ≥ h / 2

∆E – energija čestica

∆t – nesigurnost vremena

2) Princip komplementarnosti[N. Bohr] - dobivanje eksperimentalnih informacija o nekim veličinama koje opisuju mikroobjekt neizbježno je povezano s gubitkom informacija o drugim veličinama, dodatnim uz prvu.

3) Princip uzročnosti(posledica principa nesigurnosti) – princip klasične fizike. Između prirodnih pojava postoji uzročno-posledična veza. Princip kauzalnosti se ne primjenjuje na objekte mikrosvijeta.

4) Princip identiteta– nemoguće je eksperimentalno proučavati identične mikročestice.

5) Princip korespondencije- bilo koja općenitija teorija, budući da je razvoj klasične teorije, ne odbacuje je u potpunosti, već ukazuje na granice njene primjene.

6) Princip superpozicije– rezultirajući efekat je zbir efekata izazvanih svakim fenomenom posebno.

● Schrödingerova jednadžba– osnovna jednačina kvantne mehanike.

● Talasna funkcija[Ψ] je funkcija i koordinata i vremena.

E = E kin. + U

U – potencijalna energija

E kin . = (m v 2 ) / 2 = str 2 / 2m

E=p 2 / 2m + U

E Ψ = ( str 2 / 2 m + U ) · Ψ

(Ψ 2 · d · v) pokazuje gdje se i u kom stanju nalazi odgovarajuća čestica.

Efektivni presjek nuklearnog reakcije .

Za razliku od većine kemijskih reakcija, u kojima početne tvari uzete u stehiometrijskim količinama u potpunosti reagiraju jedna na drugu, nuklearna reakcija uzrokuje samo mali dio svih bombardirajućih čestica koje padaju na metu. To se objašnjava činjenicom da jezgro zauzima zanemarljiv dio volumena atom , tako da je vjerovatnoća da upadna čestica koja prolazi kroz metu naiđe na jezgro atom vrlo male. Kulonova potencijalna barijera između upadne čestice i jezgra (ako imaju isti naboj) također sprječava nuklearnu reakcije . Za količine. karakteristike vjerovatnoće nuklearnog reakcije koristiti koncept efektivnog odjeljka a. Karakterizira vjerovatnoću prijelaza dvije čestice u sudaru u određeno konačno stanje i jednaka je omjeru broja takvih prijelaza u jedinici vremena i broja bombardirajućih čestica koje u jedinici vremena prolaze kroz jediničnu površinu okomitu na smjer njihovo kretanje. Efektivni poprečni presek ima dimenziju površine i uporediv je po redu veličine sa površinom poprečnog preseka atomska jezgra (oko 10 -28 m2). Ranije je korištena nesistemska jedinica efektivnog presjeka - štala (1 štala = 10 -28 m 2).
Prave vrijednosti za razne nuklearne reakcije veoma variraju (od 10 -49 do 10 -22 m2). Vrijednost zavisi od prirode bombardirajuće čestice, njene energije i, posebno u velikoj mjeri, od svojstava ozračenog jezgra. U slučaju nuklearnog zračenja neutroni sa različitom energijom neutroni može se posmatrati tzv rezonantno snimanje neutroni , koji se odlikuje rezonantnim poprečnim presjekom. Rezonantno hvatanje se opaža kada kinetička energija neutron je blizu energije jednog od stacionarnih stanja složenog jezgra. Poprečni presjek koji odgovara rezonantnom hvatanju čestice bombardiranja može premašiti nerezonantni presjek za nekoliko redova veličine.
Ako je čestica koja bombarduje sposobna da izazove nuklearno reakcije kroz nekoliko kanala, tada se zbir efektivnih poprečnih presjeka različitih procesa koji se dešavaju sa datim ozračenim jezgrom često nazivaju ukupnim poprečnim presjekom.
Efektivni presjeci nuklearne energije reakcije za različita jezgra izotopi k.-l. elementi se često veoma razlikuju jedan od drugog. Stoga, kada koristite smjesu izotopi za implementaciju nuklearnih reakcije potrebno je uzeti u obzir efektivne poprečne presjeke za svaki nuklid uzimajući u obzir njegovu zastupljenost u mješavini izotopi
Nuklearni izlazi reakcije
Prinosi nuklearnih reakcija -brojni odnosčinovi nuklearnih reakcija do broja čestica koje padaju po jedinici površine (1 cm 2) mete obično ne prelazi 10 -6 -10 -3. Za tanke mete (pojednostavljeno, meta se može nazvati tankom ako, prilikom prolaska kroz nju, protok bombardirajućih čestica ne oslabi primjetno), nuklearni prinos reakcije proporcionalan je broju čestica koje padaju na 1 cm 2 površine mete, broju jezgara sadržanih u 1 cm 2 mete, kao i vrijednosti efektivnog poprečnog presjeka jezgre reakcije . Čak i kada se koristi tako moćan izvor upadnih čestica kao nuklearni reaktor, obično je moguće dobiti u roku od 1 sata prilikom izvođenja nuklearnog reakcije pod uticajem neutrona ne više od nekoliko mg atomi koji sadrže nova jezgra. Obično masa tvari dobivene u jednoj ili drugoj nuklearnoj reakcije , znatno manje.

Bombardirajuće čestice.
Za implementaciju nuklearnog reakcije koriste neutrone n, protone p, deuteroni d, tritoni t, čestice, teški joni (12 C, 22 Ne, 40 Ar, itd.), elektrona e i kvanti. Izvori neutroni (vidi Izvori neutrona) tokom nuklearnog reakcije služe: mješavine metala Be i odgovarajućeg emitera, na primjer. 226 Ra (tzv. ampulni izvori), neutronski generatori, nuklearni reaktori. Jer u većini slučajeva nuklearni reakcije su veće za neutrone sa niskim energijama (toplotni neutroni ), zatim prije usmjeravanja toka neutroni na meti, obično se usporavaju upotrebom parafin, grafit i drugi materijali. U slučaju spora neutroni osnovni. proces za skoro sve jezgre - hvatanje zračenja - nuklearno reakcija tipa jer Kulonova barijera jezgra sprečava izlazak protona i čestice. Pod uticajem lančane reakcije fisije neutrona .
Kada se koristi kao bombardirajuće čestice protona , deuteroni, itd., teče sa pozitivnim nabojem, bombardirajuća čestica se ubrzava do visokih energija (od desetina MeV do stotina GeV) uz pomoć različitih akceleratora. To je neophodno kako bi nabijena čestica mogla savladati Kulonovsku potencijalnu barijeru i ući u ozračeno jezgro. Prilikom ozračivanja ciljeva pozitivno nabijenim česticama maks. nuklearnih izlaza reakcije postižu se korištenjem deuterona. To je zbog činjenice da je energija vezivanja protona i neutrona u deuteronu je relativno mala, a shodno tome i udaljenost između protona i neutrona .
Kada se deuteroni koriste kao bombardirajuće čestice, samo jedan nukleon često prodire u ozračeno jezgro - protona ili neutrona , drugi nukleon jezgra deuterona leti dalje, obično u istom pravcu kao i upadni deuteron. Visoki efektivni poprečni presjeci mogu se postići kada se provodi nuklearna energija reakcije između deuterona i lakih jezgara pri relativno niskim energijama upadnih čestica (1-10 MeV). Stoga nuklearno reakcije uz učešće deuterona može se izvesti ne samo upotrebom deuterona ubrzanih na akceleratoru, već i zagrijavanjem mješavine jezgri u interakciji na temperaturu od oko 10 7 K. Takve nuklearne reakcije nazivaju termonuklearnim. U prirodnim uslovima javljaju se samo u unutrašnjosti zvezda. Termonuklearne reakcije na Zemlji koje uključuju deuterijum, deuterijum i tricijum, deuterijum i litijum itd. izvršeno sa eksplozije termonuklearne (vodikove) bombe.
Za čestice, Kulonova barijera za teške jezgre dostiže ~25 MeV. Jednako vjerovatna nuklearna reakcije i nuklearni proizvodi reakcije obično radioaktivno, za nuklearno reakcije - obično stabilna jezgra.
Za sintezu novih superteških hemikalija. elementi su važni nuklearni reakcije , koji se odvija uz učešće teških čestica ubrzanih u akceleratorima joni (22 Ne, 40 Ar, itd.). Na primjer, o nuklearnoj reakcije m.b. izvršena sinteza fermia. Za nuklearne reakcije s teškim ionima tipično veliki broj izlaznih kanala. Na primjer, prilikom bombardiranja 232 Th jezgra joni 40 Ar proizvodi jezgra Ca, Ar, S, Si, Mg, Ne.
Za implementaciju nuklearnog reakcije pod uticajem kvanta pogodni su kvanti visoke energije (desetine MeV). Kvanti sa nižim energijama doživljavaju samo elastično raspršenje od jezgara. Nuklearna struja pod uticajem upadnih kvanta reakcije koje se nazivaju fotonuklearnim, te reakcije dostižu 10 30 m 2.
Iako elektrona imaju naboj suprotan naboju jezgara, penetracija elektrona u jezgro je moguće samo u slučajevima kada su jezgra ozračena pomoću elektrona , čija energija prelazi desetine MeV. Za dobijanje takvog elektrona koriste se betatroni i drugi akceleratori.
Nuklearna istraživanja reakcije pružaju razne informacije o unutrašnjoj strukturi jezgara. Nuklearni reakcije koje uključuju neutrone omogućavaju dobijanje ogromne količine energije u nuklearnim reaktorima. Kao rezultat nuklearnog reakcije fisije koje pokreću neutroni veliki broj različitih radionuklida , koji se može koristiti, posebno u hemija kao tragači izotopa. U nekim slučajevima nuklearna reakcije dozvoliti da primiteoznačena jedinjenja. Nuklearne reakcije su osnova aktivaciona analiza. Koristeći nuklearno reakcije izvršena je sinteza vještačkih hemikalija. elementi ( tehnecijum, prometijum, transuranski elementi, transaktinoidi).

Istorija otkrića fisije jezgri uranijuma

Kapljični model jezgra

Nakon što jezgro uhvati neutron, formira se srednje jezgro koje je u pobuđenom stanju. U ovom slučaju, energija neutrona je ravnomjerno raspoređena na sve nukleone, a sama međujezgra se deformiše i počinje da vibrira. Ako je pobuda mala, tada se jezgro (slika 1, b) oslobađa viška energije emitiranjem ? -kvantnog ili neutronskog, vraća se u stabilno stanje. Ako je energija pobude dovoljno velika, tada deformacija jezgra pri vibracijama može biti tolika da se u njemu formira struk (slika 1, c), sličan struku između dva dijela bifurkirajuće kapi tekućine. Nuklearne sile koje djeluju u uskom struku više ne mogu izdržati značajnu Kulonovu silu odbijanja dijelova jezgra. Struk se lomi, a jezgro se raspada na dva “fragmenta” (sl. 1, d), koji odlete u suprotnim smjerovima.
Trenutno je poznato oko 100 različitih izotopa sa masenim brojevima od oko 90 do 145, koji su rezultat fisije ovog jezgra. Dva tipične reakcije podjele ovog jezgra imaju oblik:
.
Imajte na umu da nuklearna fisija koju inicira neutron proizvodi nove neutrone koji mogu izazvati reakcije fisije u drugim jezgrama. Proizvodi fisije jezgara uranijuma-235 mogu biti i drugi izotopi barija, ksenona, stroncijuma, rubidijuma itd.
Kada se jezgra teških atoma () cijepaju, oslobađa se vrlo velika energija - oko 200 MeV tokom fisije svakog jezgra. Oko 80% ove energije oslobađa se kao kinetička energija fragmenata; preostalih 20% dolazi od energije radioaktivnog zračenja fragmenata i kinetičke energije brzih neutrona.
Procjena energije oslobođene tokom nuklearne fisije može se napraviti korištenjem specifične energije vezivanja nukleona u jezgru. Specifična energija vezivanja nukleona u jezgrima s masenim brojem A? 240 je reda 7,6 MeV/nukleon, dok je u jezgrima s masenim brojem A= 90 – 145 specifična energija je približno 8,5 MeV/nukleon. Posljedično, fisijom jezgra uranijuma oslobađa se energija reda veličine 0,9 MeV/nukleon, odnosno približno 210 MeV po atomu uranijuma. Potpuna fisija svih jezgri sadržanih u 1 g uranijuma oslobađa istu energiju kao sagorijevanje 3 tone uglja ili 2,5 tone nafte.

Nuklearna lančana reakcija

Nuklearna lančana reakcija - sekvenca pojedinačnihnuklearne reakcije , od kojih je svaki uzrokovan česticom koja se pojavila kao produkt reakcije u prethodnom koraku u nizu. Primjer nuklearne lančane reakcije je lančana reakcijanuklearna fisija teški elementi, u kojima se pokreće glavni broj fisijskih događajaneutroni , dobiven nuklearnom fisijom u prethodnoj generaciji.

Uranijum se u prirodi javlja u obliku dva izotopa: (99,3%) i (0,7%). Kada su bombardovane neutronima, jezgra oba izotopa mogu se podijeliti na dva fragmenta. U ovom slučaju, reakcija fisije se najintenzivnije odvija kod sporih (toplinskih) neutrona, dok jezgra ulaze u reakciju fisije samo s brzim neutronima sa energijom reda 1 MeV. Inače, energija pobude formiranih jezgara
ispostavilo se da je nedovoljno za fisiju i tada se umjesto fisije javljaju nuklearne reakcije:
.
Izotop uranijuma ? -radioaktivno, poluživot 23 minuta. Izotop neptunija je također radioaktivan, s poluživotom od oko 2 dana.
.

Izotop plutonijuma je relativno stabilan, sa vremenom poluraspada od 24.000 godina. Najvažnija imovina plutonijum je da se fisije pod uticajem neutrona na isti način kao. Stoga se uz pomoć može izvesti lančana reakcija.
Šema o kojoj je bilo riječi gore lančana reakcija predstavlja idealan slučaj. U realnim uslovima, ne učestvuju svi neutroni nastali tokom fisije u fisiji drugih jezgara. Neki od njih su zarobljeni nefisilnim jezgrama stranih atoma, drugi izlete iz uranijuma (curenje neutrona).
Stoga se lančana reakcija fisije teških jezgara ne događa uvijek i ni za jednu masu uranijuma.

Faktor umnožavanja neutrona

Nuklearni reaktor je uređaj u kojem se upravljanuklearna lančana reakcija , praćeno oslobađanjem energije. Prvi nuklearni reaktor izgrađen je u decembru 1942. u SAD-u pod vodstvom E.Fermi . U Evropi je prvi nuklearni reaktor pokrenut u decembru 1946. u Moskvi pod vodstvom I.V.Kurchatova . Do 1978. godine u svijetu je već radilo oko hiljadu nuklearnih reaktora. razne vrste. Komponente svakog nuklearnog reaktora su:jezgro With nuklearno gorivo , obično okružen reflektorom neutrona,rashladna tečnost , sistem upravljanja lančanom reakcijom, zaštita od zračenja, sistem daljinskog upravljanja. Glavna karakteristika nuklearnog reaktora je njegova snaga. Snaga na 1 Meth odgovara lančanoj reakciji u kojoj dolazi do 3 10 16 činova fisije na 1 sec.

U jezgri nuklearnog reaktora nalazi se nuklearno gorivo, dolazi do lančane reakcije nuklearne fisije i oslobađa se energija. Državni nuklearni reaktor karakterizira efektivni koeficijent Kef umnožavanje neutrona ili reaktivnost r:

R = (K? - 1)/K eff. (1)

Ako TO ef > 1, tada se lančana reakcija vremenom povećava, nuklearni reaktor je u superkritičnom stanju i njegova reaktivnost r > 0; Ako TO ef < 1 , tada se reakcija gasi, reaktor je podkritičan, r< 0; при TO ? = 1, r = 0, reaktor je u kritičnom stanju, stacionarni proces je u toku i broj fisija je konstantan tokom vremena. Za pokretanje lančane reakcije pri pokretanju nuklearnog reaktora, izvor neutrona (mješavina Ra i Be, 252 Cf) se obično uvodi u jezgro itd.), iako to nije neophodno, jer dolazi do spontane fisije jezgara uranijum i kosmičke zrake daju dovoljan broj početnih neutrona za razvoj lančane reakcije na TO ef > 1.

Većina nuklearnih reaktora koristi 235 U kao fisiju. . Ako jezgro, osim nuklearnog goriva (prirodno ili obogaćeno Uran), sadrži moderator neutrona (grafit, vodu i druge tvari koje sadrže laka jezgra, vidiNeutronska moderacija ), tada se glavni dio podjela javlja pod uticajemtermalnih neutrona (termalni reaktor ). Prirodni plin se može koristiti u nuklearnom reaktoru na termalnim neutronima Uran , nije obogaćen 235 U (to su bili prvi nuklearni reaktori). Ako u jezgru nema moderatora, tada je najveći dio fisija uzrokovan brzim neutronima s energijom x n > 10 kev(brzi reaktor ). Mogući su i srednji neutronski reaktori sa energijama od 1-1000 ev.

Po dizajnu, nuklearni reaktori se dijele na heterogenih reaktora , u kojem je nuklearno gorivo diskretno raspoređeno u jezgru u obliku blokova, između kojih se nalazi moderator neutrona, ihomogenih reaktora , u kojem su nuklearno gorivo i moderator homogena smjesa (otopina ili suspenzija). Blokovi s nuklearnim gorivom u heterogenom nuklearnom reaktoru nazivaju segorivi elementi (gorivi štapovi) formiraju pravilnu rešetku, zapremina po gorivu štapu naziva se ćelija. Na osnovu prirode njihove upotrebe, nuklearni reaktori se dijele na energetske iistraživački reaktori . Često jedan nuklearni reaktor obavlja nekoliko funkcija .

U uslovima kritičnosti, nuklearni reaktor ima oblik:

TO ef = K ? ? P = 1, (1)

gdje je 1 - P vjerovatnoća oslobađanja (curenja) neutrona iz jezgre nuklearnog reaktora, TO ? - faktor umnožavanja neutrona u beskonačno velikom jezgru, određen za termalne nuklearne reaktore pomoću takozvane „formule četiri faktora“:

TO? =neju. (2)

Ovdje je n prosječan broj sekundarnih (brzih) neutrona nastalih tokom fisije jezgra 235 U termalnih neutrona, e je faktor umnožavanja brzih neutrona (povećanje broja neutrona zbog fisije jezgara, uglavnom jezgara 238 U , brzi neutroni); j je vjerovatnoća da neutron neće biti zarobljen jezgrom 238 U tokom procesa usporavanja, u je vjerovatnoća da će termalni neutron izazvati fisiju. Često se koristi vrijednost h = n/(l + a), gdje je a omjer poprečnog presjeka zahvatanja zračenja s p i poprečnog presjeka fisije s d.

Uvjet (1) određuje veličinu nuklearnog reaktora. Na primjer, za nuklearni reaktor od prirodnog uranijuma i grafit n = 2.4. e » 1.03, eju » 0.44, odakle TO? =1,08. To znači da za TO ? > 1 neophodna P<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерного реактора) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 m. Volumen modernog nuklearnog reaktora dostiže stotine m 3 i određen je uglavnom mogućnošću odvođenja toplote, a ne uslovima kritičnosti. Volumen aktivne zone nuklearnog reaktora u kritičnom stanju naziva se kritična zapremina nuklearnog reaktora, a masa fisionog materijala naziva se kritična masa. Nuklearni reaktor sa gorivom u obliku rastvora soli čistih fisionih izotopa u vodi i sa vodenim neutronskim reflektorom imaju najmanju kritičnu masu. Za 235 U ova masa je 0,8 kg, Za 239 Pu - 0,5 kg. 251 ima najmanju kritičnu masu Cf (teoretski 10 g). Kritični parametri grafitnog nuklearnog reaktora s prirodnim uranijum: masa uranijuma 45 T, grafit zapremine 450 m 3 . Da bi se smanjilo curenje neutrona, jezgri se daje sferni ili gotovo sferni oblik, na primjer, cilindar visine reda veličine promjera ili kocka (najmanji omjer površine i zapremine).

Vrijednost n je poznata za termičke neutrone sa tačnošću od 0,3% (tabela 1). Kako energija x n neutrona koji je izazvao fisiju raste, n raste prema zakonu: n = n t + 0,15x n (x n u Mev), gdje n t odgovara fisiji toplinskim neutronima.

Table 1. - Vrijednosti n i h) za termalne neutrone (prema podacima za 1977. godinu)

Tijekom rada nuklearnog reaktora dolazi do promjene sastava goriva zbog nakupljanja fisijskih fragmenata u njemu i stvaranjatransuranski elementi , uglavnom izotopi Pu . Učinak fisijskih fragmenata na reaktivnost nuklearnog reaktora naziva se trovanje (za radioaktivne fragmente) i troska (za stabilne). Trovanje je uzrokovano uglavnom 135 Xe koji ima najveći presjek apsorpcije neutrona (2,6 10 6 štala). Njegovo vrijeme poluraspada T 1/2 = 9,2 sata, prinos fisije je 6-7%. Glavni dio 135 Xe nastaje kao rezultat raspadanja 135 ] (Tržni centar = 6,8 h). Prilikom trovanja, Cef se mijenja za 1-3%. Veliki presjek apsorpcije 135 Xe i prisustvo intermedijarnog izotopa 135 I dovode do dva važna fenomena: 1) do povećanja koncentracije 135 Xe i, posljedično, do smanjenja reaktivnosti nuklearnog reaktora nakon njegovog gašenja ili smanjenja snage („jodna jama“). To dovodi do dodatne rezerve reaktivnosti u regulatornim tijelima ili onemogućuje kratkotrajna zaustavljanja i fluktuacije struje. Dubina i trajanje jod bunari zavise od neutronskog fluksa F: pri F = 5·10 13 neutrona/cm 2? sec trajanje jod jame ~ 30 h, a dubina je 2 puta veća od stacionarne promjene TO ef uzrokovano trovanjem 135 Xe . 2) Zbog trovanja mogu nastati prostorno-vremenske oscilacije neutronskog fluksa F, a samim tim i snage nuklearnog reaktora.Ove oscilacije nastaju kada je F> 10 13 neutrona/cm 2? sec i velike veličine nuklearnog reaktora Periodi oscilovanja ~ 10 h.

Broj različitih stabilnih fragmenata koji nastaju nuklearnom fisijom je velik. Postoje fragmenti sa velikim i malim poprečnim presecima apsorpcije u poređenju sa poprečnim presekom apsorpcije fisivnog izotopa. Koncentracija prvog dostiže zasićenje tokom prvih nekoliko dana rada nuklearnog reaktora (uglavnom 149 Sm , mijenjajući Keff za 1%). Koncentracija potonjeg i negativna reaktivnost koju unose raste linearno s vremenom.

Formiranje transuranskih elemenata u nuklearnom reaktoru odvija se prema sljedećim shemama:

Ovdje 3 znači hvatanje neutrona, broj ispod strelice je vrijeme poluraspada.

Akumulacija 239 Pu (nuklearno gorivo) na početku rada nuklearnog reaktora odvija se linearno u vremenu, a što brže (sa fiksnim sagorijevanjem od 235 U ), što je manje obogaćivanje uranijum. Tada je koncentracija 239 Pu teži konstantnoj vrijednosti, koja ne zavisi od stepena obogaćenja, već je određena omjerom presjeka hvatanja neutrona 238 U i 239 Pu . Karakteristično vrijeme za uspostavljanje ravnotežne koncentracije 239 Pu ~ 3/ F godina (F u jedinicama 10 13 neutrona/ cm 2 ?sec). Izotopi 240 Pu, 241 Pu postižu ravnotežnu koncentraciju tek kada se gorivo ponovo sagori u nuklearnom reaktoru nakon regeneracije nuklearnog goriva.

Izgaranje nuklearnog goriva karakterizira ukupna energija oslobođena u nuklearnom reaktoru po 1 T gorivo. Za nuklearne reaktore koji rade na prirodnom uranijumu, maksimalno sagorevanje ~ 10 GW?dan/t(nuklearni reaktori teške vode). U nuklearnom reaktoru sa slabo obogaćenim uranijum (2-3% 235 U ) postiže se sagorevanje ~ 20-30 GW-dan/t. U nuklearnom reaktoru na brzim neutronima - do 100 GW-dan/t. Izgaranje 1 GW-dan/t odgovara sagorevanju 0,1% nuklearnog goriva.

Kada nuklearno gorivo izgori, reaktivnost nuklearnog reaktora se smanjuje (u nuklearnom reaktoru koji koristi prirodni uranijum kod malih izgaranja dolazi do povećanja reaktivnosti). Zamjena sagorjelog goriva može se izvršiti odmah iz cijele jezgre ili postepeno duž gorivih šipki tako da jezgro sadrži gorivne šipke svih uzrasta - kontinuirani režim preopterećenja (moguće su srednje opcije). U prvom slučaju, nuklearni reaktor sa svježim gorivom ima višak reaktivnosti koji se mora nadoknaditi. U drugom slučaju, takva kompenzacija je potrebna samo prilikom početnog pokretanja, prije ulaska u kontinuirani režim preopterećenja. Kontinuirano ponovno punjenje omogućava povećanje dubine sagorijevanja, budući da je reaktivnost nuklearnog reaktora određena prosječnim koncentracijama fisilnih nuklida (istovaruju se gorivi elementi s minimalnom koncentracijom fisilnih nuklida). gorivo (u kg) Vreaktor vode pod pritiskom snaga 3 Gvt. Cijela jezgra se istovremeno istovaruje nakon što je nuklearni reaktor radio 3 godine i "izvodi" 3 godine(F = 3?10 13 neutrona/cm 2?sec). Početni spisak: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.

Table 2. - Sastav istovarenog goriva, kg