Крайне существенным является то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. работать в токамаке, но он не слышит нас хотят убедить, что технология, которая УСТОЙЧИВО НЕ РАБОТАЕТ 70 ЛЕТ вдруг начнет работать На самом деле физическому. Реакции деления начались из-за попавшей на нижние уровни воды. Исследователи уверены, что высыхание радиоактивной воды каким-то образом делает нейтроны более, а не менее эффективными при расщеплении ядер урана. Деление ядра урана происходит, когда оно захватывает нейтрон, что нарушает стабильность ядра. Поскольку вода замедляет нейтроны, ее попадание ускоряло деление ядер урана в расплаве.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. При попадании нейтрона ядро урана раскалывается на два крупных ядра с сопоставимыми зарядами и массами. Изучение деления ядер урана превращалось из теоретической научной проблемы в технологическую. Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью.
52. Ядерные реакции. Деление ядер урана
Цепная реакция. Деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами было открыто в 1939 г. Oттo Ган 1879-1968 Немецкий физик, учёный-новатор в области радиохимии. Открыл расщепление урана, ряд радиоактивных элементов Фриц Штрассман 1902—1980 Немецкий физик и химик. Работы относятся к ядерной химии, ядерному делению. Дал химическое доказательство процессу деления Рассмотрим механизм этого явления.
На рисунке 162, а условно изображено ядро атома урана. Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и деформируется, приобретая вытянутую форму рис. Процесс деления ядра урана под воздействием попавшего в него нейтрона Вы уже знаете, что в ядре действует два вида сил: электростатические силы отталкивания между протонами, стремящиеся разорвать ядро, и ядерные силы притяжения между всеми нуклонами, благодаря которым ядро не распадается. Но ядерные силы — короткодействующие, поэтому в вытянутом ядре они уже не могут удержать сильно удалённые друг от друга части ядра. Под действием электростатических сил отталкивания ядро разрывается на две части рис.
Получается, что часть внутренней энергии ядра переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и частиц. Осколки быстро тормозятся в окружающей среде, в результате чего их кинетическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию среды т. При одновременном делении большого количества ядер урана внутренняя энергия окружающей уран среды и соответственно её температура заметно возрастают т. Таким образом, реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду. Энергия, заключённая в ядрах атомов, колоссальна.
Открытие Ганом и Штрассманом [11 в 1939 г. Развитие ядерных реакторов и других ядерных устройств находилось преимущественно в руках физиков, однако дальнейшее, изучение ядерного деления означало широкое привлечение к работам спе-циалистов-химиков. Ко времени написания этих строк успешно синтезированы десять новых трансурановых элементов и некоторые из них получены в промышленных масштабах. Получение и выделение этих новых элементов , а также изучение свойств их соединений дали для неорганической химии много новых данных. Среди этих новых членов периодической системы имеются элементы с различными химическими свойствами , что наглядно проявляется при образовании необычных соединений и в некоторых случаях значительно усложняет химию этих элементов в растворах.
Из-за радиоактивных свойств , присупщх новым элементам , разработаны новые экспериментальные приемы, ставшие необходимыми для гарантии безопасности при изучении этих элементов. Большое значение для химиков приобретают проблемы, возникающие при попытке интерпретировать взаимосвязь новых элементов между- собой и отношение к элементам периодической системы. Во многих случаях необходимо было вновь исследовать и переоценить некоторые давно известные разделы периодической системы в результате этого выполнен большой объем новых исследований , например по изучению редкоземельных элементов и таких давно известных элементов, как торий и уран. Задача данного труда—представить в сжатой форме экспериментальные и теоретические положения химии самых тяжелых элементов , подчеркнув пробелы наших современных знаний в этой области, а также обеспечить основу для будущего развития неорганической химии , которое должно неизбежно проистекать из факта появления значительного количества новых элементов в периодической системе. Уран является основным материалом для выполнения программы по атомной энергии в США и других странах.
Только используя этот элемент, можно получить значительное количество делящегося вещества. Уран был известен за 150 лет до того, как человек освоил деление ядра. Открытие урана приписывается Клапроту [1]. Клапрот, работая с рудами урановой смолки из Иоахимсталя и из Иогангеоргенштата, считавшихся ранее цинковыми или железными рудами , получил черный порошок , имевший химические свойства , отличные от свойств известных элементов. Он принял этот порошок за новый элемент и назвал его ураном в честь незадолго до этого открытой планеты Уран.
При производстве ванадия из карнотита получались значительные количества урана в виде побочного продукта. Соединения урана не имели широкого спроса, поэтому экономика добычи некоторых руд определялась только стоимостью получаемого радия и ванадия. С открытием процесса деления ядра и его технического применения уран приобрел огромное значение. Экономические критерии , которые раньше определяли выгодность эксплуатации урановых руд, потеряли свое значение, и месторождения урана , которые раньн1е не эксплуатировались, стали интенсивно разрабатываться. Авторы не имеют возможности описать современный процесс добычи, сообщить количества добываемой руды, оценить запасы сырья или дать результаты изысканий, которые проводились начиная с 1940 г.
Объект обустроен таким образом, что во время демонстрационного сеанса посетители благодаря достигнутым визуальным эффектам словно оказываются в самом центре процесса цепной реакции деления ядра урана. На стенде наглядно и красочно проиллюстрированы все этапы процесса деления атомного ядра. Ядро, схематически представленное как шар, деформируется, обретая гантелеобразную форму со все более сужающимся перешейком. В результате происходит разделение ядра на пару осколков, сопровождающееся высвобождением колоссального энергетического потенциала. Энергия деления широко используется в реакторах атомных электростанций, ядерных силовых установках надводных кораблей и субмарин, а также ядерных и термоядерных боеприпасах. Посмотрите стенд "Магия деления ядра урана" на нашем видео на канале в Youtube.
Техническое решение, оборудование Основной задачей при оснащении экспоната «Магия деления ядра урана» было построение особой мультимедийной зеркальной комнаты с применением новейшего оборудования и технологий в соответствии с требованиями и пожеланиями, изложенными заказчиком в предоставленном общем техническом задании. В качестве технической основы обустройства стенда были использованы высокотехнологичные светодиодные панели.
Природный реактор ядерного деления В 1972 году Фрэнсис Перрин обнаружил более десятка древних естественных ядерных реакторов, расположенных в трех отдельных рудных месторождениях на руднике Окло в Габоне страна на западном побережье Центральной Африки. Эти реакторы деления неактивны. Последующие исследования показали, что им почти 2 миллиарда лет, за века до того, как был построен первый искусственный ядерный реактор. Вам может быть интересно, как это возможно? Он также разлагается гораздо быстрее, чем уран-238. Это означает, что уран-235 истощил намного больше, чем уран-238 с момента рождения Земли. Таким образом, теоретически жизнеспособно существование древнего природного ядерного реактора. Краткие и быстрые факты 8.
Помимо использования в качестве ядерного топлива обедненный уран также используется в бронебойных боеприпасах высокой плотности. Бронебойный снаряд - это вид боеприпасов, специально предназначенных для проникновения в бронированные стекла, автомобили, танки и даже военные корабли. Потребовалось бы более 3000 тонн угля для производства такого же количества энергии. Пенетраторы высокой плотности из обедненного урана военного класса 7. В 2017 году мировое производство урана составило 59 531 тонну , что несколько ниже уровня 2015 и 2016 годов. Казахстан является крупнейшим производителем урана в мире, за ним следуют Канада, Австралия, Нигер, Россия и Намибия. Шахта Olympic Dam в Южной Австралии является крупнейшим известным месторождением урана.
«Тревожный звоночек»: физик прокомментировал возобновление ядерных реакций в Чернобыле
| Ядерные реакции | Многим ученым из Колумбийского университета было ясно, что они должны попытаться обнаружить энергию, выделяющуюся при делении ядра урана в результате нейтронной бомбардировки. |
| Как было открыто спонтанное деление | На Уральском электрохимическом комбинате произошла разгерметизация баллона с обедненным гексафторидом урана. |
§ 227. Деление урана
| Загадочные факты о пропаже урана -235 из рудников | Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. |
| Глава пятая ОТКРЫТИЕ СПОНТАННОГО ДЕЛЕНИЯ УРАНА | Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. |
Спонтанное деление ядер
При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. Рассмотренная выше схема цепной реакции представляет собой идеальный случай. В реальных условиях не все образующиеся при делении нейтроны участвуют в делении других ядер. Часть их захватывается неделящимися ядрами посторонних атомов, другие вылетают из урана наружу утечка нейтронов. Поэтому цепная реакция деления тяжелых ядер возникает не всегда и не при любой массе урана. Коэффициент размножения зависит от ряда факторов, в частности от природы и количества делящегося вещества, от геометрической формы занимаемого им объема. Одно и то же количество данного вещества имеет разное значение К. К максимально, если вещество имеет шарообразную форму, поскольку в этом случае потеря мгновенных нейтронов через поверхность будет наименьшей. В небольших кусках урана большинство нейтронов, не попав ни в одно ядро, вылетают наружу.
Значение критической массы определяется геометрией физической системы, ее структурой и внешним окружением. Критическую массу урана можно во много раз уменьшить, если использовать так называемые замедлители нейтронов. Дело в том, что нейтроны, рождающиеся при распаде ядер урана, имеют слишком большие скорости, а вероятность захвата медленных нейтронов ядрами урана-235 в сотни раз больше, чем быстрых. Наилучшим замедлителем нейтронов является тяжелая вода D2O.
Хлопина и Э. Герлинга [200], основанный на спонтанном делении ядер урана с полупериодом 1010 лет. Одним из продуктов деления является ксенон. Этот метод применим лишь для очень старых минералов, содержащих много урана, так как лишь в них скопления ксенона достаточны для измерений. Некоторые из этих изотопов образуются при спонтанном делении ядер урана.
Но что может быть, если расчеты и модели неверны, и в реальности где-то сложатся условия для возникновения самопроизвольной цепной реакции? За историю работы человечества с делящимися материалами такие аварии возникали неоднократно, поэтому можно довольно уверенно предсказать, что произойдет. Как выглядит самый страшный сценарий Что будет, если все же ускоряющаяся цепная реакция запустится где-то в объеме топливосодержащей лавы? В какой-то момент нейтронный поток начнет экспоненциально расти, и за несколько миллисекунд мощность цепной реакции достигнет киловатта или мегаватта — в общем, достаточного уровня, чтобы быстро прогреть топливный материал и окружающую среду. Сработают отрицательные физические связи: ядерный допплер-эффект в уране и выкипание воды, соотношение генерации новых нейтронов в делении урана и их поглощения станет меньше единицы — и реакция остановится. Весь этот цикл займет не больше секунды, но будет заметен только приборам наблюдения по резкому всплеску нейтронного и гамма-излучения. Затем «очнувшийся» материал остынет и может вновь заполниться водой. Соответственно, цикл с ростом мощности реакции и прогревом может повториться — и так будет происходить, пока содержание воды в этой области станет слишком маленьким для эффективного замедления нейтронов. Если это и происходило в 2016-2019 году, то в процессе выпаривания воды из ЛТСМ в объеме Нового Безопасного Конфаймента должна была вырасти концентрация радиоактивных аэрозолей, которые наверняка задержала система фильтрации НБК и заметили бы датчики системы контроля ядерной и радиационной безопасности, но никаких прямых данных у нас об этом нет. При этом вышеописанный сценарий — это цепь из крайне смелых допущений. Резюмируя, можно сказать, что за 35 прошедших с аварии лет, исследователи, видимо, достаточно хорошо знают об угрозах в останках четвертого энергоблока и барьерах на пути их распространения. Рост нейтронного потока был заранее предсказан расчетно и не является показателем роста опасности, а скорее подтверждает правильность заложенных моделей.
Хотя хранящиеся ядерные отходы не представляют непосредственной угрозы, если они хорошо изолированы, вопросы долгосрочного обращения с ними, а также возможность неправильного обращения и несчастных случаев делают хранение растущего количества ядерных отходов неоднозначной проблемой. Массивные контейнеры хранят отработанное ядерное топливо в надёжных и безопасных сухих хранилищах Одним из видов отходов можно считать и выбросы углерода. Хотя процесс деления и преобразования ядерной энергии в электричество относительно свободен от выбросов углерода, общий бюджет углерода, связанный с добычей и переработкой руды, необходимой для деления, и строительством конкретной электростанции, не равен нулю. По некоторым оценкам , этот показатель значительно выше - от 10 до 130 граммов CO2 в отдельных случаях. Таким образом, замена угольных электростанций на атомные позволит ежегодно сберегать в атмосфере несколько миллионов тонн CO2, не говоря уже о твёрдых частицах и других загрязняющих веществах. Углеродный след солнечных и ветряных электростанций более или менее сопоставим с нижним пределом для атомной энергетики. В целом, атомная энергия в лучшем случае не содержит столько же углерода, сколько солнечная и ветровая, хотя и связана с непопулярной проблемой отходов, которую мало кто хочет иметь у себя под боком. Риски Прошло более трёх десятилетий с тех пор, как советская Украина дала миру представление о том, как может выглядеть наихудший сценарий ядерной аварии. Чернобыльская АЭС, расплавившаяся во время технических испытаний в 1986 году, превратилась в радиоактивные руины на фоне отравленного радиоактивными осадками ландшафта. Саркофаг над остатками четвёртого блока Чернобыльской АЭС В 2011 году после землетрясения в Японии произошла авария на атомной станции "Фукусима". Подобные разрушительные события достаточно редки, чтобы о них можно было писать в шокирующих заголовках. Однако, по некоторым оценкам , такие аварии могут происходить раз в 10-20 лет, что в каждом случае чревато распространением радиоактивных веществ на сотни и даже тысячи километров. Насколько это может быть опасно? Трудно сказать, это зависит от множества факторов, связанных с плотностью населения, степенью облучения и концентрацией изотопов. По данным Всемирной организации здравоохранения, «перемещённое население Фукусимы страдает от психосоциальных и психических последствий переезда, разрыва социальных связей людей, потерявших жильё и работу, разрыва семейных связей и стигматизации». Иными словами, речь идёт не только о риске радиоактивности, о котором нам следует беспокоиться.
Спонтанное деление ядер
Кинетическая энергия новых ядер обусловлена кулоновскими силами. Если суммарная энергия связи ядер-осколков меньше, чем энергия связи ядра урана, то реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков, энергии гамма-квантов и энергии вторичных нейтронов. Обнаружено, что при бомбардировке нейтронами урана-235 образуется 80 различных ядер. Цепная реакция деления урана В январе 1939 года Ферми высказал мысль, что при делении урана-235 следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов. Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Цепная ядерная реакция — самоподдерживающая реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра. С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана.
Минимальное значение массы урана, при котором возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 200 г прт наличии отражателя нейтронов до 50 кг. Образование плутония Плутоний Pu — серебристо-белый радиоактивный металл группы актиноидов, теплый на ощупь из-за своей радиоактивности. В природе встречается в очень малых количествах в уранитовой смолке и других рудах урана и церия, в значительном количестве получают искусственно. Поэтому встал вопрос, как использовать в ядерной энергетике уран-238. В процессе радиоактивных превращений образуется изотоп нептуния, а затем плутония, который в дальнейшем используется в качестве ядерного топлива.
А проверить справедливость зарубежной гипотезы Игорь Васильевич Курчатов поручил молодым физикам-аспирантам Радиевого института Константину Петржаку и Георгию Флёрову. Исследователи принялись за дело с энтузиазмом. Прежде всего, стали создавать измерительную аппаратуру. Петржак в юные годы работал на фарфоровом заводе, где расписывал чашки и блюдца. Приобретённый навык пригодился, когда потребовалось нанести на пластины создаваемого детектора идеально ровный слой суспензии урана с шеллаком. После просушки пластины покрыли сверху сусальным золотом. В результате получился весьма чувствительный по тому времени измерительный прибор. Из воспоминаний Флерова: «Когда прибор был готов, мы привезли его из Физтеха в Радиевый институт: нейтронные источники были в этом институте. Ленинградская зима. Жуткие морозы — сорок градусов.
Передача тепловой энергии воде производится теплоносителем, находящимся в парогенераторе. Вода принимает состояние пара с высоким давлением, который направляется в турбину, соединенную с электрогенератором, после чего вода попадает в конденсатор. Отсутствие утечки радиации обусловлено работой теплоносителя I II по замкнутым циклам.
К примеру, период полураспада углерода-14 составляет 5730 лет, период полураспада нестабильного изотопа технеция-99m — шесть часов, франция-223 — 22 минуты. Японские исследователи синтезировали уран-241, запустив образец урана-238 на ядрах платины-198 с помощью ускорительной системы RIKEN. В ходе эксперимента было получено 18 новых изотопов, каждый из которых содержал от 143 до 150 нейтронов, пишет Live Science.
Деление ядра урана. Цепная реакция. Описание процесса
На самом деле, физики начали фиксировать нарушение постулата Лавуазье задолго до открытия деления ядра урана. это наличие вещества, которое могло бы замедлить высвобождение нейтронов во время деления ядра урана, чтобы одновременно вызвать распад других ядер. Физики синтезировали изотоп урана с избытком нейтронов впервые с 1979 года. Реферат рассказывает о процессе деления ядер урана, обусловленном взаимодействием электростатических сил отталкивания протонов и ядерных сил притяжения. Деление ядра урана вследствие бомбардировки При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления.
Парадоксы ядерной гонки
Вскоре они обнаружили, что камера продолжает регистрировать деление и после удаления источника нейтронов: происходит самопроизвольное деление ядер урана без бомбардировки их нейтронами. На самом деле, физики начали фиксировать нарушение постулата Лавуазье задолго до открытия деления ядра урана. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Теория предсказывала, что уран-235 с гораздо большей вероятностью подвергнется делению, чем другие изотопы, особенно если нейтроны, ударяющие в его ядро, движутся с относительно низкой скоростью. Видеоуроки являются идеальными помощниками при изучении новых тем, закреплении материала, для обычных и факультативных занятий, для групповой и индивидуально. Происшествия - 14 июля 2023 - Новости Новосибирска -
Этому ядерному реактору два миллиарда лет: Как такое может быть?
Процесс деления урана сопровождается появлением вторичных нейтронов (x > 1), способных вызвать деление других ядер урана, что открывает потенциальную возможность возникновения цепной реакции деления. Деление ядра урана-235 Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. Ядро урана-238 захватывает нейтрон, превращается в нептуний-239, а затем, путём испускания электрона, превращается в плутоний-239. процессе деления путем Вывод Делиться на части могут только ядра некоторых тяжелых Цепные ядерные реакции При делении ядра урана освобождаются 2-3 нейтрона.
§ 227. Деление урана
Только в нашем геореакторе происходит не термоядерный синтез, как в звездах, а цепные реакции деления В 1972 г. До сих пор считалось, что изотопный состав природного урана повсюду на Земле одинаков. Однако в одной партии исходного сырья обнаружилось заметно меньше урана-235, чем обычно. Комиссариат по атомной энергии начал расследование. Специалисты увидели в случившемся не злой умысел, но потрясающий природный феномен. Оказалось, что около 1,8 млрд лет назад на нескольких участках уранового месторождения в Окло Габон , откуда поступила партия урана, происходили цепные ядерные реакции деления. Иными словами, там работал настоящий ядерный реактор, только не рукотворный, а природный! В частности, при изучении продуктов деления одного из таких реакторов было установлено, что он действовал в течение нескольких сотен тысяч лет в импульсном режиме — с рабочим циклом в полчаса и перерывом 2,5 часа, — выжигая уран-235. Почему вообще так важна роль урана-235? Дело в том, что именно этот изотоп охотно делится под воздействием медленных нейтронов в отличие от преобладающего изотопа — урана-238, который может делиться только быстрыми нейтронами а быстрые — в среде замедляются, и цепная реакция гаснет, не успев начаться.
Таким образом, за миллиарды лет до появления человека природа уже освоила технологию, над реализацией которой в середине ХХ в. Период полураспада урана-238 — 4,5 млрд лет, урана-235 — около 700 млн лет. Из-за разной скорости естественного распада соотношение изотопов в природе изменяется со временем: доля более легкого урана-235 неуклонно уменьшается. Например, уран-238, распадаясь, сначала превращается в торий-234, который, в свою очередь, также распадается. Конечными стабильными нуклидами для естественных цепочек распада урана являются изотопы свинца. Суммарное количество энергии, выделяющейся во всей цепочке реакций, около 50 МэВ. Суть цепной ядерной реакции деления заключается в том, что ядро радиоактивного элемента, например урана-235, захватывая нейтрон, становится неустойчивым и распадается преимущественно с образованием двух крупных осколков и — самое важное! Эти нейтроны могут инициировать деление уже нескольких ядер — возникает цепная реакция. Если потери нейтронов в такой разветвленной цепи реакций будут меньше, чем число вновь образовавшихся, то выделение энергии будет нарастать лавинообразно.
В одном акте деления урана высвобождается энергии в 4 раза больше, чем при естественном распаде, причем скорость энерговыделения очень велика. Самые известные примеры процессов такого типа — реакции в атомной бомбе и реакторах АЭС Сама идея атомного реактора в земных недрах возникла примерно в это же время — и почти за двадцать лет до открытия феномена Окло! В 1953 г. Везерилл и М. Ингрэм выдвинули смелую гипотезу, что в древнейшие времена в скоплениях радиоактивных элементов, главным образом урана и тория, могли протекать цепные ядерные реакции. Поиски геореакторов, подобных оклоскому, предпринимались впоследствии и в других древних месторождениях, но они успехом не увенчались. Может быть, африканский реактор — это шутка Бога, результат случайного стечения обстоятельств и он действительно уникален? Даже если это так, идея, что в Земле могут идти — причем и в далеком прошлом, и в настоящее время! Красноречивый гелий Признаки работы природных реакторов ищут не только в земной коре, но и в недрах планеты.
Одна из причин упорства исследователей заключается в том, что Земля излучает тепла примерно в 2,5 раза больше, чем должна отдавать в результате естественного распада радиоактивных элементов в коре радиогенное тепло и первичного нагрева. Тепловая энергия, получаемая от Солнца, в этом балансе не учитывается. Если такую большую разницу пытаться объяснить только радиогенным теплом из внутренних областей планеты, то Земля в целом должна иметь нереально большие запасы радиоактивных элементов. Но вот в цепных ядерных реакциях как раз выделяется тепла в несколько раз больше, чем при естественном радиоактивном распаде. Цепной механизм выделения энергии мог бы объяснить и упомянутый тепловой дисбаланс, и многие другие необычные явления. И если гипотетические реакторы расположены глубоко в недрах, то понятно, почему следы их активности не удалось найти в урановых месторождениях за исключением Окло. Искали где ближе, но, может, стоит «копнуть вглубь»? Итак, предположим, что где-то в теле Земли действует такой реактор. По каким признакам его можно обнаружить?
Один из методов поиска — анализ продуктов деления, мигрирующих из зоны реакции и достигающих земной поверхности. В частности, очень интересен изотопный состав «солнечного элемента» — гелия. Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4He и 3He. Гелий-4 попадает в атмосферу в результате естественного распада урана и тория. В воздухе на миллион атомов гелия-4 приходится всего полтора атома гелия-3. Но в базальтах срединно-океанических хребтов изотопа 3He больше уже в 8 раз, а в некоторых изверженных магматических горных породах — в 40! Как объяснить происхождение гелия с высоким содержанием изотопа 3He? Какие физические процессы могут быть ответственны за это? Обычный радиоактивный распад явно не годится, так как он продуцирует исключительно гелий-4.
Попробуем привлечь на помощь ядерные реакции деления.
Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне. Организовать такое непросто, и для ЛТСМ в «Укрытии» расчеты показывают , что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может. Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот.
Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Из вышеупомянутой публикации по нейтронной физике ЛТСМ также следует, что существует точка «оптимального увлажнения», при которой нарастание количества нейтронов в каждом поколении достигает максимума. Соответственно, при высыхании залитых водой ЛТСМ нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас. Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции.
За рубежом в 1939 г. Одновременно наблюдается образование нескольких нейтронов. Этот новый тип ядерных превращений получил название деления.
В этом же году советские ученые Петржак и Флеров доказали, что деление урана осуществляется не только при облучении нейтронами , но и самопроизвольно. Таким образом , для урана распад может идти одновременно по двум схемам, по типу а-распада и по типу деления. Последний процесс характеризуется большим периодом полураспада 10 лет и поэтому в природном уране он осуществляется очень редко. Положение здесь аналогично химическим экзотермическим реакциям , которые могут протекать самопроизвольно , но с измеримой скоростью протекают лишь тогда, когда система получает необходимую энергию активации, позволяющую реагирующим частицам преодолеть потенциальный барьер. Для осуществления деления требуется также активация , например, за счет поглощения тяжелым ядром нейтрона. Было установлено, что уран не образует при этом новых изотопов, как это бывает при простейших ядерных реакциях , а вместо этого возникают ядра, обладающие приблизительно вдвое меньшей массой по сравнению с массой исходного ядра урана например, Ва илиКг. Вскоре обнаружилось, что ядерное деление является источником огромной энергии. Исследования Энрико Ферми , Отто Гана и Лизы Мейтнер, а также многих других ученых позволили разобраться в природе ядерного деления. Об этом написано много увлекательных книг, и можно порекомендовать прочесть о подробностях этих важных открытий в литературе, цитированной в конце данной главы.
Таким образом , альфа-излучающие элементы — уран и торий — являются источниками нейтронов в природе. Нейтроны в природе выделяются также в результате спонтанного деления ядер урана-235, открытого в 1940 г. Флеровым и Петражаком. Период полураспада при спонтанном делении урана-235 равен Ю лет. В солнечной системе за планетой Уран следует Нептун. Так и в ряду химических элементов за ураном по-латыни uranium следует нептуний neptunium. Они испытывали К- захват ядро нептуния впитывало в себя один из электронов атомной оболочки и превращалось в уран. В некоторых случаях дочернее ядро урана оказывалось на высоком возбужденном уровне проще говоря, у ядра оказывался большой избыток энергии ,и оно распадалось на осколки.
Одна из задач Десятилетия — рассказать, какими научными именами и достижениями может гордиться наша страна. В течение всего Десятилетия при поддержке государства будут проходить просветительские мероприятия с участием ведущих деятелей науки, запускаться образовательные платформы, конкурсы для всех желающих и многое другое.
В МГУ разработали новый способ извлечения урана-238 из отработавшего ядерного топлива
В 1938 совместно с О. Ганом открыл деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами, химическими методами доказал факт деления. Открытие процессов деления ядра урана показало, что ядерные реакции иогут происходить без постоянного возбуждения извне, сопровождаясь при этом выделением огромного количества энергии. При делении ядра урана, как видим, удельная энергия связи повышается примерно на 1 \ МэВ/нуклон; эта энергия как раз и выделяется в процессе деления. Однако, сегодня уран высоко ценится за способность его ядер к делению и выделению тепла — этот материал является основой атомной энергетики и атомного оружия. Главное открытие, конечно же, Ган совершил в 1938 году: 17 декабря при попытке получить трансурановые элементы бомбардировкой урана нейтронами Ган и Фриц Штрассман увидели расщепления ядра урана.