Нуклеарни реакции: едноставни и јасни. Нуклеарна реакција

§ 3.13 Нуклеарни реакции и масовен дефект

1. Можни се реакции во присуство на високи температури и високи електромагнетни полиња

2. Поминување на процеси поради неутрони, за кои не се потребни големи магнетни полиња и високи температури

Нуклеосинтеза.Феноменот на нуклеосинтеза го проучувал научник Бурбиџ.

Во моментот на формирањето на Универзумот постоеше мешавина од електронски честички.

Поради интеракцијата на протоните и неутроните, водородИ хелиум, и во следните пропорции: 2/3 – N, 1/3 – Тој.

Сите други елементи се формирани од водород.

Сонцето се состои од хелиум и водород (10-20 милиони ºС).

Има пожешки ѕвезди (повеќе од 150 милиони ºС). Во длабочините на овие планети формирани јаглерод, кислород, азот, сулфур и магнезиум.

Други елементи беа создадени во експлозии на супернова (ураниум и потешки).

Низ Универзумот, хелиумот и водородот се најчести (3/4 водород и 1/4 хелиум).

○ Најчестите елементи на Земјата:

§7 „Теорија на бранови честички (двојна)“

Во 1900 г М. Планкизнесе теорија: апсолутно црно телоисто така емитира енергија, но ја испушта во делови (кванти).

● Електронско-магнетното поле квантно е фотон.

○ Бранприродата на фотонот:

- дифракција(отстапување на светлината од права насока или способност да се наведнуваат околу пречките)

- мешање(интеракција на бранови во која брановите можат да се преклопуваат еден со друг и или да се подобрат или да се откажат еден со друг)

1. Интензивирајте

2.Интензитетот се намалува

3. Се враќа

○ Корпускуларнаприродата на фотонот:

● Фото ефект– феноменот на емисија на електрони од супстанца под влијание на електромагнетното зрачење.

Столетовги проучувал законите на фотоелементот.

Дадено е објаснување за фотоелектричниот ефект Ајнштајнво рамките на корпускуларната теорија.

Фотон кој удира во електрон пренесува дел од неговата енергија.

● Комптон ефект– ако рендгенското зрачење е насочено кон супстанција, таа се расфрла од електроните на супстанцијата. Ова расеано зрачење ќе има подолга бранова должина од упадното зрачење. Разликата зависи од аголот на расејување.

Е = хυ

h – бар

υ – фреквенција на зрачење

●Фотон – бран пакет.

Математички, двојноста бран-честичка е изразена во Равенката на L. de Broglie:

λ = ч / (м · v) = ч / П

П– импулс

Овој дуализам е универзална теорија; може да се дистрибуира на сите видови материја.

○ Примери:

Електрон

м д = 9,1 10 -28 Гv ~ 10 8 cm/sλ ~ 10 -8 цм

летечка топка

м= 50 грv~ 25 cm/sλ ~ 10 -32 цм

1) Принципот на несигурност[ВО. Heisenberg] – невозможно е истовремено точно да се определи координатата на честичката и нејзиниот моментум.

∆q · ∆ стр ≥ ч / 2

∆q – несигурност на која било координата

∆стр – моментум неизвесност

∆Е · ∆ т ≥ ч / 2

∆Е – енергија на честички

∆т – неизвесност на времето

2) Принципот на комплементарност[Н. Bohr] - добивањето експериментални информации за некои количини што опишуваат микрообјект е неизбежно поврзано со губење на информации за други количини, дополнителни на првите.

3) Принцип на каузалност(последица на принципот на несигурност) – принцип на класичната физика. Постои причинско-последична врска помеѓу природните појави. Принципот на каузалност не важи за предметите од микросветот.

4) Принцип на идентитет– невозможно е експериментално да се проучуваат идентични микрочестички.

5) Принцип на кореспонденција- секоја поопшта теорија, како развој на класичната теорија, не ја отфрла целосно, туку укажува на границите на нејзината примена.

6) Принцип на суперпозиција– добиениот ефект е збир на ефектите предизвикани од секоја појава посебно.

● Шредингерова равенка– основната равенка на квантната механика.

● Функција на бранови[Ψ] е функција и од координати и од време.

Е = Е роднина. + У

У – потенцијална енергија

Е роднина . = (m v 2 ) / 2 = стр 2 / 2 м

Е=стр 2 / 2m + U

Е Ψ = ( стр 2 / 2 м + У ) · Ψ

(Ψ 2 · г · v) покажува каде и во каква состојба се наоѓа соодветната честичка.

Ефективен пресек на нуклеарната реакции .

За разлика од повеќето хемиски реакции, во кои почетните супстанции земени во стехиометриски количини целосно реагираат едни со други, нуклеарнатареакција предизвикува само мал дел од сите честички на бомбардирањето што паѓаат на целта. Ова се објаснува со фактот дека јадрото зазема незначителен дел од волуменотатом , па веројатноста за инцидентна честичка да помине низ целта да наиде на јадроатом многу мал. Кулоновата потенцијална бариера помеѓу упадната честичка и јадрото (ако имаат ист полнеж) исто така го спречува нуклеарнотореакции . За количини. карактеристики на веројатноста за нуклеарнореакции користете го концептот на ефективен дел a. Ја карактеризира веројатноста за транзиција на две честички кои се судираат во одредена конечна состојба и е еднаква на односот на бројот на такви транзиции по единица време до бројот на бомбардирани честички кои минуваат по единица време низ единица површина нормална на насоката на нивното движење. Ефективниот пресек има димензија на површина и е споредлив по редослед на големина со површината на напречниот пресекатомски јадра (околу 10 -28 м2). Претходно се користеше несистемска единица на ефективен пресек - штала (1 штала = 10 -28 m 2).
Реални вредностиза разни нуклеарниреакции варираат во голема мера (од 10 -49 до 10 -22 м2). Вредноста зависи од природата на честичката која бомбардира, нејзината енергија и, особено во голема мера, од својствата на озраченото јадро. Во случај на нуклеарно зрачењенеутрони со различна енергијанеутрони може да се набљудува т.н резонантно снимањенеутрони , кој се карактеризира со резонантен пресек. Резонантен фаќање е забележан кога кинетичката енергијанеутрон е блиску до енергијата на една од стационарни состојби на сложеното јадро. Напречниот пресек што одговара на резонантното зафаќање на бомбардирана честичка може да го надмине нерезонантниот пресек за неколку реда на големина.
Ако честичката што бомбардира е способна да предизвика нуклеарнареакции преку неколку канали, тогаш збирот на ефективни пресеци на различни процеси што се случуваат со дадено озрачено јадро често се нарекува вкупен пресек.
Ефективни пресеци на нуклеарнитереакции за различни кернелиизотопи к.-л. елементите често се многу различни едни од други. Затоа, при користење на смесатаизотопи за имплементација на нуклеарнатареакции потребно е да се земат предвид ефективни пресеци за секојнуклид земајќи ја предвид нејзината распространетост во смесатаизотопи
Нуклеарни излези реакции
Приноси од нуклеарна реакција -однос на броевиакти на нуклеарни реакции до бројот на честички кои паѓаат по единица површина (1 cm 2) од целта обично не надминува 10 -6 -10 -3. За тенки цели (поедноставено, целта може да се нарече тенка ако, при минување низ неа, протокот на честичките од бомбардирањето значително не ослабне), нуклеарниот приносреакции е пропорционален на бројот на честички кои паѓаат на 1 cm 2 од целната површина, бројот на јадра содржани во 1 cm 2 од целта, како и вредноста на ефективниот пресек на нуклеарнотореакции . Дури и кога се користи таков моќен извор на инцидентни честички како нуклеарен реактор, во рок од 1 час обично е можно да се добие кога се изведува нуклеарнареакции под влијание на неутроните не повеќе од неколку mgатоми кои содржат нови кернели. Обично масата на супстанцијата добиена во едно или друго нуклеарнореакции , значително помалку.

Бомбардирачки честички.
Да се ​​имплементира нуклеарнатареакции користат неутрони n, протони стр, деутрони г, тритони t, честички, тешкијони (12 C, 22 Ne, 40 Ar, итн.),електрони е и кванти. Изворинеутрони (види Извори на неутрони) за време на нуклеарнатареакции служат: мешавини од метал Be и соодветен емитер, на пример. 226 Ra (т.н. извори на ампули), генератори на неутрони, нуклеарни реактори. Бидејќи во повеќето случаи нуклеарнореакциите се повисоки за неутроните со ниски енергии (термичкинеутрони ), потоа пред да го насочите протокотнеутрони на целта, тие обично се забавуваат со користењепарафин, графит и други материјали. Во случај на бавнонеутрони основни. процес за речиси сите јадра - зафаќање на радијација - нуклеарнореакција тип бидејќи Кулоновата бариера на јадрото го спречува бегствотопротони и честички. Под влијаниереакции на верижни реакции на неутронска фисија .
Кога се користи како бомбардирање честичкипротони , деутрони, итн., тече носејќи позитивен полнеж, честичката на бомбардирањето се забрзува до високи енергии (од десетици MeV до стотици GeV) користејќи различни забрзувачи. Ова е неопходно за да може наелектризираната честичка да ја надмине Кулоновата потенцијална бариера и да влезе во озраченото јадро. При зрачење цели со позитивно наелектризирани честички, макс. нуклеарни излезиреакции се постигнуваат со употреба на деутрони. Ова се должи на фактот дека врзувачката енергијапротон и неутрон во деутронот е релативно мал, и соодветно на тоа, растојанието помеѓупротон и неутрон .
Кога деутероните се користат како бомбардирање честички, само еден нуклеон често продира во озраченото јадро -протон или неутрон , вториот нуклеон од јадрото на деутронот лета понатаму, обично во иста насока како и инцидентот деутрон. Високи ефективни пресеци може да се постигнат при спроведување на нуклеарнореакции помеѓу деутроните и лесните јадра при релативно ниски енергии на инцидентни честички (1-10 MeV). Затоа нуклеарнореакции со учество на деутрони може да се изврши не само со користење на деутерони забрзани на акцелератор, туку и со загревање на мешавина од јадра кои содејствуваат на температура од околу 10 7 К.реакции наречена термонуклеарна. Во природни услови, тие се појавуваат само во внатрешноста на ѕвездите. На Земјата термонуклеарни реакции кои вклучуваатдеутериум, деутериум и тритиум, деутериум и литиум итн врши соексплозии термонуклеарни (водородни) бомби.
За честичките, Кулоновата бариера за тешките јадра достигнува ~ 25 MeV. Подеднакво веројатна нуклеарнареакции и нуклеарни производиреакции обично радиоактивни, за нуклеарниреакции - обично стабилни кернели.
За синтеза на нови супертешки хемикалии. елементите се важни нуклеарниреакции , што се случува со учество на тешки честички забрзани во акцелераторитејони (22 Не, 40 Ар, итн.). На пример, на нуклеарнатареакции м.б. спроведена синтезафермија. За нуклеарни реакции со тешки јони типичен голем бројизлезни канали. На пример, при бомбардирање на 232 Th јадрајони 40 Ar произведува јадра Ca, Ar, S, Si, Mg, Ne.
Да се ​​имплементира нуклеарнатареакции под влијание на квантите погодни се високоенергетски кванти (десетици MeV). Квантите со пониски енергии доживуваат само еластично расејување од јадрата. Нуклеарно тече под влијание на инцидентни квантиреакции наречени фотонуклеарни, овие реакции достигнуваат 10 30 m 2.
Иакоелектрони имаат полнеж спротивен на полнежот на јадрата, пенетрацијаелектрони во јадрото е можно само во случаи кога јадрата се озрачени со користењеелектрони , чија енергија надминува десетици MeV. За да се добие таковелектрони се користат бетатрони и други акцелератори.
Нуклеарни истражувањареакции обезбедуваат различни информации за внатрешната структура на јадрата. Нуклеарнареакции кои вклучуваат неутрони овозможуваат да се добие огромна количина на енергија во нуклеарните реактори. Како резултат на нуклеарнатареакции на фисија водени од неутрони голем број на различнирадионуклиди , што може да се користи, особено вохемија како трагачи на изотоп. Во некои случаи нуклеарнореакции ви дозволуваат да приматеозначени соединенија. Нуклеарните реакции се основата анализа на активирање. Користење на нуклеарнореакции направена е синтеза на вештачки хемикалии. елементи (технициум, прометиум, трансурански елементитрансактиноиди).

Историја на откривањето на фисија на јадра на ураниум

Модел на капки на јадрото

Откако јадрото ќе фати неутрон, се формира средно јадро, кое е во возбудена состојба. Во овој случај, неутронската енергија е рамномерно распоредена меѓу сите нуклеони, а самото средно јадро се деформира и почнува да вибрира. Ако побудувањето е мало, тогаш јадрото (слика 1, б), се ослободува од вишокот енергија со емитување ? -квантна или неутронска, се враќа во стабилна состојба. Ако енергијата на возбудувањето е доволно висока, тогаш деформацијата на јадрото за време на вибрациите може да биде толку голема што во него се формира половина (слика 1, в), слично на половината помеѓу два дела на бифуркациона капка течност. Нуклеарните сили кои дејствуваат во тесен појас повеќе не можат да ја издржат значајната Кулонова сила на одбивање на делови од јадрото. Половината се крши, а јадрото се распаѓа на два „фрагменти“ (слика 1, г), кои летаат во спротивни насоки.
Во моментов, познати се околу 100 различни изотопи со масен број од околу 90 до 145, кои произлегуваат од фисијата на ова јадро. Две типични реакцииПоделбите на ова јадро имаат форма:
.
Забележете дека нуклеарната фисија иницирана од неутрон произведува нови неутрони кои можат да предизвикаат реакции на фисија во други јадра. Производите на фисија на јадрата на ураниум-235 можат да бидат и други изотопи на бариум, ксенон, стронциум, рубидиум итн.
Кога јадрата на тешките атоми () се расцепуваат, се ослободува многу голема енергија - околу 200 MeV за време на фисијата на секое јадро. Околу 80% од оваа енергија се ослободува како кинетичка енергија на фрагменти; останатите 20% доаѓаат од енергијата на радиоактивното зрачење од фрагменти и кинетичката енергија на брзите неутрони.
Може да се направи проценка на енергијата ослободена за време на нуклеарната фисија користејќи ја специфичната енергија на врзување на нуклеоните во јадрото. Специфична енергија на врзување на нуклеоните во јадрата со масен број А? 240 е од редот на 7,6 MeV/нуклеон, додека кај јадрата со масени броеви А= 90 – 145 специфичната енергија е приближно 8,5 MeV/нуклеон. Следствено, фисијата на јадрото на ураниум ослободува енергија од редот од 0,9 MeV/нуклеон, или приближно 210 MeV по атом на ураниум. Целосната фисија на сите јадра содржани во 1 g ураниум ја ослободува истата енергија како и согорувањето на 3 тони јаглен или 2,5 тони нафта.

Нуклеарна верижна реакција

Нуклеарна верижна реакција - низа од синглнуклеарни реакции , од кои секоја е предизвикана од честичка што се појавила како производ на реакција на претходниот чекор во низата. Пример за нуклеарна верижна реакција е верижната реакцијануклеарна фисија тешки елементи, во кои е инициран главниот број на настани на фисијанеутрони , добиени од нуклеарна фисија во претходната генерација.

Ураниумот се јавува во природата во форма на два изотопи: (99,3%) и (0,7%). Кога се бомбардирани од неутрони, јадрата на двата изотопи може да се поделат на два фрагменти. Во овој случај, реакцијата на фисија најинтензивно се јавува кај бавните (термички) неутрони, додека јадрата влегуваат во реакција на фисија само со брзи неутрони со енергија од редот на 1 MeV. Инаку, енергијата на побудување на формираните јадра
излегува дека е недоволно за фисија, а потоа се случуваат нуклеарни реакции наместо фисија:
.
Изотоп на ураниум ? -радиоактивен, полуживот 23 минути. Изотопот на нептуниум е исто така радиоактивен, со полуживот од околу 2 дена.
.

Изотопот на плутониум е релативно стабилен, со полуживот од 24.000 години. Најважниот имотплутониум е тоа што се расцепува под влијание на неутроните на ист начин како. Затоа, со помош може да се изврши верижна реакција.
Шемата дискутирана погоре верижна реакцијапретставува идеален случај. Во реални услови, не сите неутрони произведени за време на фисија учествуваат во фисијата на други јадра. Некои од нив се заробени од нефисилни јадра на туѓи атоми, други летаат надвор од ураниумот (истекување на неутрони).
Затоа, верижна реакција на фисија на тешки јадра не се случува секогаш и не за која било маса на ураниум.

Фактор на неутронско множење

Нуклеарен реактор е уред во кој се контролирануклеарна верижна реакција , придружено со ослободување на енергија. Првиот нуклеарен реактор бил изграден во декември 1942 година во САД под водство на Е.Ферми . Во Европа, првиот нуклеарен реактор беше лансиран во декември 1946 година во Москва под водство на И.В.Курчатова . До 1978 година, во светот веќе работеа околу илјада нуклеарни реактори. разни видови. Компонентите на секој нуклеарен реактор се:јадро Со нуклеарно гориво , обично опкружен со неутронски рефлектор,течноста за ладење , систем за контрола на верижна реакција, заштита од радијација, систем за далечинско управување. Главната карактеристика на нуклеарниот реактор е неговата моќност. Моќност на 1 Методговара на верижна реакција во која се случуваат 3 10 16 акти на фисија во 1 сек.

Во јадрото на нуклеарниот реактор има нуклеарно гориво, се случува верижна реакција на нуклеарна фисија и се ослободува енергија. Државниот нуклеарен реактор се карактеризира со ефективен коефициент Кефмножење или реактивност на неутрони r:

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

Ако ДО еф > 1, тогаш верижната реакција се зголемува со текот на времето, нуклеарниот реактор е во суперкритична состојба и неговата реактивност r > 0; Ако ДО еф < 1 , тогаш реакцијата изумира, реакторот е субкритичен, р< 0; при ДО ? = 1, r = 0, реакторот е во критична состојба, стационарен процес е во тек и бројот на фисии е константен со текот на времето. За да се иницира верижна реакција при стартување на нуклеарен реактор, неутронскиот извор (мешавина од Ra и Be, 252 Cf) обично се внесува во јадрото итн.), иако тоа не е неопходно, бидејќи спонтано фисија на јадратаураниум и космички зраци обезбедуваат доволен број на почетни неутрони за развој на верижна реакција при ДО еф > 1.

Повеќето нуклеарни реактори користат 235 U како фисилна супстанција. . Ако јадрото, освен нуклеарното гориво (природно или збогатеноУран), содржи неутронски модератор (графит, вода и други супстанции што содржат лесни јадра, видиНеутронска умереност ), тогаш главниот дел од поделбите се јавува под влијаниетермички неутрони (термички реактор ). Природниот гас може да се користи во термонеутронски нуклеарен реакторУран , необогатен 235У (ова беа првите нуклеарни реактори). Ако нема модератор во јадрото, тогаш најголемиот дел од фисиите се предизвикани од брзи неутрони со енергија x n > 10 кев(брз реактор ). Можни се и средни неутронски реактори со енергија од 1-1000 ев.

Според дизајнот, нуклеарните реактори се поделени на хетерогени реактори , во која нуклеарното гориво е дистрибуирано дискретно во јадрото во форма на блокови, меѓу кои има неутронски модератор, ихомогени реактори , во која нуклеарното гориво и модераторот се хомогена смеса (раствор или суспензија). Блокови со нуклеарно гориво во хетероген нуклеарен реактор се нарекуваатгоривните елементи (горивните прачки) формираат правилна решетка, волуменот по прачка за гориво се нарекува ќелија. Врз основа на природата на нивната употреба, нуклеарните реактори се поделени на енергетски реактори иистражувачки реактори . Често еден нуклеарен реактор извршува неколку функции .

Во критичните услови, нуклеарниот реактор има форма:

ДО еф = К ? ? P = 1, (1)

Каде што 1 - P е веројатноста за ослободување на неутрони (истекување) од јадрото на нуклеарниот реактор, ДО ? - факторот на множење на неутрони во бесконечно големо јадро, одреден за термалните нуклеарни реактори со таканаречената „формула со четири фактори“:

ДО? =неџу. (2)

Овде n е просечниот број на секундарни (брзи) неутрони произведени при фисија на јадрото 235 U термички неутрони, e е фактор на множење за брзи неутрони (зголемување на бројот на неутрони поради фисија на јадра, главно јадра 238У , брзи неутрони); j е веројатноста дека неутронот нема да биде заробен од јадрото 238У за време на процесот на забавување, u е веројатноста дека термичкиот неутрон ќе предизвика фисија. Често се користи вредноста h = n/(l + a), каде што a е односот на пресекот на зафаќање на зрачењето s p до пресекот на фисија s d.

Условот (1) ја одредува големината на нуклеарниот реактор. На пример, за нуклеарен реактор направен од природен ураниум и графит n = 2.4. e » 1,03, eju » 0,44, од каде ДО? =1,08. Ова значи дека за ДО ? > 1 неопходен П<0,93, что соответствует (как показывает теория Ядерного реактора) размерам активной зоны Ядерный реактор ~ 5-10 м.Обемот на модерен нуклеарен реактор достигнува стотици м 3 и се одредува главно од способностите за отстранување на топлина, а не од критичните услови. Волуменот на активната зона на нуклеарниот реактор во критична состојба се нарекува критичен волумен на нуклеарниот реактор, а масата на фисилен материјал се нарекува критична маса. Нуклеарен реактор со гориво во форма на раствори на соли на чисти фисилни изотопи во вода и со воден неутронски рефлектор имаат најниска критична маса. За 235У оваа маса е 0,8 килограм, За 239 Пу - 0,5 килограм. 251 има најмала критична масаСп (теоретски 10 g). Критични параметри на графитен нуклеарен реактор со природенураниум: маса на ураниум 45 Т, волумен на графит 450 м 3 . За да се намали истекувањето на неутроните, на јадрото му се дава сферична или речиси сферична форма, на пример, цилиндар со висина според редоследот на дијаметарот или коцка (најмал сооднос површина-волумен).

Вредноста на n е позната за топлинските неутрони со точност од 0,3% (Табела 1). Како што се зголемува енергијата x n на неутронот што предизвикал фисија, n се зголемува според законот: n = n t + 0,15x n (x n во Мев), каде што n t одговара на фисија од термички неутрони.

Табела 1. - Вредности n и h) за термички неутрони (според податоците за 1977 година)

За време на работата на нуклеарниот реактор, се јавува промена во составот на горивото поради акумулација на фрагменти од фисија во него и формирањетрансурански елементи , главно изотопиПу . Ефектот на фрагментите од фисија врз реактивноста на нуклеарниот реактор се нарекува труење (за радиоактивни фрагменти) и згура (за стабилни). Труењето е предизвикано главно од 135 Xe кој има најголем пресек на апсорпција на неутрони (2,6 10 6 штала). Неговиот полуживот Т 1/2 = 9,2 часа, приносот на фисија е 6-7%. Главен дел 135 Xe се формира како резултат на распаѓањето на 135 ] (Шопинг центар = 6,8 ч). Кога е отруен, Cef се менува за 1-3%. Пресек со голема апсорпција 135 Xe и присуството на среден изотоп 135Јас доведуваат до две важни појави: 1) до зголемување на концентрацијата 135 Xe и, следствено, до намалување на реактивноста на Нуклеарниот реактор по неговото исклучување или намалување на моќноста („јодска јама“). Ова предизвикува дополнителна резерва на реактивност во регулаторните тела или ги оневозможува краткорочните застанувања и флуктуациите на електричната енергија. Длабочина и времетраењејод бунарите зависат од неутронскиот флукс Ф: при Ф = 5·10 13 неутрони/cm 2? секвреметраењејод јами ~ 30 ч, а длабочината е 2 пати поголема од стационарната промена ДО ефпредизвикано од труење 135 Xe . 2) Поради труење, може да настанат просторно-временски осцилации на неутронскиот флукс F, а со тоа и моќта на Нуклеарниот реактор.Овие осцилации настануваат кога F> 10 13 неутрони/cm 2? сек и големи димензии на Нуклеарниот реактор.Периоди на осцилации ~ 10 ч.

Бројот на различни стабилни фрагменти кои произлегуваат од нуклеарната фисија е голем. Постојат фрагменти со големи и мали пресеци на апсорпција во споредба со апсорпциониот пресек на фисилниот изотоп. Концентрацијата на првата достигнува заситеност во текот на првите неколку дена од работата на Нуклеарниот реактор (главно 149 Sm , менувајќи го Кеф за 1%). Концентрацијата на второто и негативната реактивност што ја воведуваат се зголемуваат линеарно со текот на времето.

Формирањето на трансураниумски елементи во нуклеарен реактор се случува според следниве шеми:

Овде 3 значи зафаќање на неутрони, бројот под стрелката е полуживот.

Акумулација од 239 Pu (нуклеарно гориво) на почетокот на работата на нуклеарниот реактор се случува линеарно во времето, а побрзо (со фиксно согорување од 235У ), толку помалку збогатувањеураниум. Тогаш концентрацијата е 239Пу се стреми кон константна вредност, која не зависи од степенот на збогатување, туку се определува со односот на пресеците за зафаќање неутрони 238 U и 239 Pu . Карактеристично време за воспоставување на рамнотежна концентрација 239 Пу ~ 3/ F години (F во единици 10 13 неутрони/ цм 2 ?сек). Изотопи 240Пу, 241 Пу достигне рамнотежна концентрација само кога горивото повторно се согорува во нуклеарен реактор по регенерација на нуклеарното гориво.

Согорувањето на нуклеарното гориво се карактеризира со вкупната енергија ослободена во нуклеарниот реактор на 1 Тгориво. За нуклеарни реактори кои работат на природен ураниум, максимално согорување ~ 10 GW?ден/т(нуклеарни реактори за тешка вода). Во нуклеарен реактор со слабо збогатенураниум (2-3% 235 У ) се постигнува исцрпеност ~ 20-30 GW-ден/t.Во брз неутронски нуклеарен реактор - до 100 GW-ден/t.Исцрпеност 1 GW-ден/tодговара на согорувањето на 0,1% нуклеарно гориво.

Кога нуклеарното гориво изгорува, реактивноста на нуклеарниот реактор се намалува (во нуклеарен реактор кој користи природен ураниум при мали изгореници има одредено зголемување на реактивноста). Замената на изгореното гориво може да се изврши веднаш од целото јадро или постепено по должината на шипките за гориво, така што јадрото содржи шипки за гориво од сите возрасти - континуиран режим на преоптоварување (можни се средни опции). Во првиот случај, нуклеарен реактор со свежо гориво има вишок реактивност што мора да се компензира. Во вториот случај, таквата компензација е потребна само при почетното стартување, пред да влезете во режим на континуирано преоптоварување. Континуираното претовар овозможува да се зголеми длабочината на согорувањето, бидејќи реактивноста на нуклеарниот реактор се одредува со просечните концентрации на фисилни нуклиди (елементите на горивото со минимална концентрација на фисилни нуклиди се истоваруваат). Табела 2 го покажува составот на обновениот нуклеарен гориво (во килограм) Вреактор за вода под притисок моќност 3 Gvt.Целото јадро се истоварува истовремено откако Нуклеарниот реактор работи 3 годинии „извадоци“ 3 години(F = 3?10 13 неутрона/cm 2?сек). Почетен список: 238 U - 77350, 235 U - 2630, 234 U - 20.

Табела 2. - Состав на истоварено гориво, килограм