Резонансное упругое рассеяние

· Реакция нулевого баланса

· Энергия нейтрона, выплюнутого ядром, меньше энергии поглощённого нейтрона

En

Упругое рассеяние (нейтрон не попадает внутрь ядра)

Резонансное упругое рассеяние (нейтрон попадает внутрь ядра и назад вылетает с такой же энергией)

если A>>1

 

 

 

, где E_n – кинетическая энергия налетающего нейтрона

Если считать одинаковой для соседних ядер и (где - энергия связи) à

1)

2)

При энергии налетевшего нейтрона меньше à реакция не пойдёт àпороговая эндотермическая реакция

²³⁸U + n àхочу деления! è давай 1,2 МэВ на выход за барьер

MF

E

r

Mоск

съел нейтрон

1,2 МэВ

Eб

 

49. Реакция радиационного захвата. Символьная запись, типичная энергетическая значимость сечения, примеры, значимость для физики размножающих систем.

Реакция радиационного захвата: ядро, захватив нейтроны, испускает гамма-лучи – реакция типа

Т.к. нуклонный состав остаётся такой же, то куда девается энергия возбуждения?? – ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ

^137Cs

^137Ba

β^- (так 18%)

β^-(82%)

Как правило, все ядра, испускающие и , испускают мощнейшее гамма-излучение

 

 

Пусть ядро тяжёлое à кинематику не рассматриваем

Существует A(Z, N+1) в основном состоянии à имеет положительную энергию связи - условие существование этого ядра

При E_n=0

В такой реакции энергия выделяется (равна энергии связи нейтрона) à экзотермическая ядерная реакция

В этих реакциях нейтроны теряются

 

Проект кобальтовой бомбы (оболочка из кобальта вокруг термояда - возникает кобальтовый пояс с мощнейшим гамма-излучением)

 

Сечение радиационного захвата (capture)

 

17. Макроскопические сечения и коэффициент размножения в бесконечной размножающей среде

Микроскопическое сечение - характеристика вероятности взаимодействия нейтрона с ядром, для того чтобы реакция шла в нужном направлении

Макроскопическое сечение или - учитывает факт наличия смеси

Многокомпонентная смесь – в единице объема содержится некоторое количество элементов того или иного вещества

- концентрация (???) ядра (i=2 для урана, т.к. 2 изотопа)

- условие нормировки

Макроскопическое сечение деления: (0,07 и 0,993 т.к. 0,7% ²³⁵U и 99,3% ²³⁸U)

Макроскопическое сечение захвата:

 

, где j – индекс типа реакции

 

При реакции (n, f) à возникает нейтронов

, где i – индекс ядра, а f – деление (т.к. реакция захвата)

- эффективный коэффициент размножения – отношение числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения в реакторе. Он определяет динамику цепной ядерной реакции:

• при k=1 реакция идет с постоянной скоростью (критика)
• при k>1 (надкритика) ускоряется
• при k<1 (подкритика) затухает

- количество нейтронов, испущенных при делении, умноженное на фактор, характеризующий убыток нейтронов на радиационный захват

k_эфф

· > 1 выедание слабое; на один исходящий нейтрон получается несколько

· - выедание сильное; < 1 – реакция затихает

· = 1 – на каждый испущенный нейтрон образуется 1 нейтрон

 

58. Уравнение скорости деления для бесконечной размножающей среды. Физический смысл его основных параметров.

-, где

· N(t) – число нейтронов в материале после воздействия инициирующего пучка

· N₀ – число нейтронов в инициирующем пучке

· Т_ж – время жизни поколения нейтронов

· - количество нейтронов, испущенных при делении, умноженное на фактор, характеризующий убыток нейтронов на радиационный захват

 

27. Основные принципы достижения цепного процесса в естественной смеси изотопов урана. Назначение отражателя.

Для развития цепной реакции необходимо:

1) Критическая масса – минимальная масса делящегося вещества, в которой может происходить цепная реакция

2) Вещество принципиально делимо (на один влетевший нейтрон испускается больше 1)

Если исключить утечку нейтронов à реакция пойдёт сама в зависимости от характеристик вещества

 

Возьмём огромный кусок урана, нейтроны не замедляем

- есть утечка нейтронов

- утечки нет

		(барн)	(барн)
^235U	2,3	1,2	0,12
^238U	2,3	0,02	0,12

à реакция не пойдёт в естественном уране!

 

Замедлим нейтроны:

		(барн)	(барн)
^235U	2,41	1,2
^238U			2,7

(для бесконечно большого)

Как вызвать цепную реакцию? Замедлить нейтроны!

 

В естественном уране много ²³⁸U, который поглощает все нейтроны

Пусть есть 100% ²³⁵U

- реакция пойдёт

- для нахождения концентрации ²³⁵U à при - ядерный материал прямого назначения

 

Отражатель – слой неделящегося вещества с малых сечением захвата и большим сечением рассеяния (позволяет сохранить вылетающие с поверхности нейтроны, вернув их в делящийся материал: береги нейтроны, ослина, и т.д.). Способность нейтронов отражаться – альбедо!

 

Итого 2 пути:

1) Замедлить нейтроны, чтобы получить è РЕАКТОР

2) Удалить ²³⁸U èБОМБА

 

59. Факторы, влияющие на величину критической массы размножающей системы.

· Критическая масса – минимальная масса делящегося вещества, при которой в нём может происходить самоподдерживающаяся ядерная реакция деления. Если масса вещества ниже критической, то слишком много нейтронов, необходимых для реакции деления, теряется, и цепная реакция не идёт. При массе больше критической цепная реакция может лавинообразно ускоряться, что приводит к ядерному взрыву.

· Критическая масса зависит от размеров и формы делящегося образца, так как они определяют утечку нейтронов из образца через его поверхность. Минимальную критическую массу имеет образец сферической формы, так как площадь его поверхности наименьшая.

· Критическая масса чистого металлического ²³⁹Pu сферической формы 11 кг (диаметр такой сферы 10 см), ²³⁵U – 50 кг (диаметр сферы 17 см).

· Критическая масса также зависит от химического состава образца.

· Отражатели и замедлители нейтронов, окружающие делящееся вещество, могут существенно снизить критическую массу.

· С отражателем КМ ²³⁵U ~ 30 кг, диаметр – 12,5

· ²³⁹Pu с отражателем – диаметр 8 см

Ядерное оружие

45. Пушечная (стволовая) схема ядерного боеприпаса. Основной физический принцип. Инженерное оформление, материал, преимущества и недостатки.

- с 1МэВ àth (0,025 эВ)

Критическая масса для шарика из ²³⁵U: КМ=50 кг; d=15 см

Критическая масса для шарика из ²³⁵U с отражателем: КМ~30 кг; d=12,5 (меньше, т.к. часть нейтронов пойдёт назад)

1 - Вертикальные стабилизаторы

2 - Стальная казённая часть

3 - Детонатор

4 - Химическое взрывчатое вещество (кордит)

5 - Снаряд из ²³⁵U – 26 кг, 6 колец; в тонкой стальной оболочке

6 - Барометрические датчики и коллекторы

7 - Корпус, обшивка

8 - Чёта какаята каробачка)

9 - Стальной ствол, около 10 см в диаметре и 200 см в длину

10 - Соединительные кабели

11 - Темпер (сталь)

12 - мишень; 2 урановых кольца; 36 кг

13 - Темпер, отражатель; карбид вольфрама – самая массивная часть

14 - нейтронный инициатор

15 - антенны радара

16 - гнездо для вытесняемого борного поглотителя

Обогащение – 88%

Бомба такая длинная, т.к. нужна большая дульная энергия снаряда из урана

Преимущества:

• Относительная простота изготовления
• В крайнем случае можно ставить на вооружение без испытания

Недостатки:

• Существенно худшие ТТХ в сравнении в плутониевой бомбой
• Опасна для нераспространения

 

КИДМ (коэффициент использования делящегося материала) ~1,5% - выгорает лишь избыток над критической массой

 

Плутониевая бомба: тонкая сфера из плутония с нейтронным инициатором внутри. Ударная волна сжимает сферу, образуя КМ (уран не подойдёт, т.к. у плутония выше сжимаемость)

(для ²³⁹Pu 3; для ²³⁸U 2,3)

- чем больше, тем эффективнее делящийся материал (10 для ²³⁵U и 26 для ²³⁹Pu)

Критическая масса для шарика из ²³⁹Pu: КМ=15 кг; d=10 см

Критическая масса для шарика из ²³⁹Pu с отражателем: КМ=??? кг; d=8 см

 

Сложность технологии плутония:

1) добиться идеально тонкой сферы

2) синхронизация подрыва

3) плутоний во всех соединениях кроме оксида токсичен и радиоактивен

4) Тепловыделение выше, чем у урана (T_1/2=24100, альфа-излучение)

 

 

43. Причины невозможности создания ядерного устройства на замедленных нейтронах. «Бомба-реактор» как пример тупиковой технологической ветви.

- столько времени живёт конструкция до разрыва под действием только химической взрывчатки

В бомбе слои урана перекладывались слоями парафина, в котором нейтроны замедлялись.

Однако время жизни нейтрона при замедлении , что сопоставимо со временем , а это никуда не годится (бомба разлетится раньше, чем взорвётся)

Условие работоспособности бомбы или (все выделения в бомбе должны происходить за время, меньшее разрушения оболочки)