Wstęp do fizyki jądra atomowego/Łańcuchowe reakcje rozszczepienia. Reaktory jądrowe. Bomba jądrowa: Różnice pomiędzy wersjami
Usunięta treść Dodana treść
m Wycofano edycje użytkownika 82.160.219.163 (dyskusja). Autor przywróconej wersji to 89.79.19.153. |
m lit. |
||
Linia 61:
'''Podział według rodzaju reakcji jądrowej''', które dzielimy na:
*rozszczepienie jądra atomowego-wszystkie reaktory w tym wszystkie komercyjne są oparte na
*Kontrolowana synteza termojądrowa jest wykorzystana w reaktorach wykorzystujących termosyntezę jądrową, którego paliwem jest najczęściej wodór. Jak dotąd ilość energii włożonej jest większa niż energia uzyskana z termosyntezy.
*Rozpad promieniotwórczy
Linia 68:
*reaktory wodne i ciśnieniowe tzw. PWR i WWER, której chłodziwem i modelatorem jest zwykła woda. która jest pod wysokim ciśnieniem tak by woda nieodparowywana podczas normalnej pracy reaktora.
*reaktory wodne, wrzące (BWR), której chłodziwem i modelatorem jest zwykła wrząca woda
**wyjątkowymi reaktorami wodnymi, wrzącymi są reaktory RBMK (między innymi w Czarnobylu
*reaktory wodne i basenowe, gdzie pręty paliwowe są zanurzone w wodzie, która jest modelatorem, a zarazem chłodziwem. Warstwa wody znajdująca się na reaktorem powinna mieć odpowiednią grubość by ekranować promieniowanie radiacyjne, by personel mógł pracować nad reaktorem.
*reaktory gazowe (GCR, AGR, HTGR), której chłodziwem jest zwykły gaz, tzn. dwutlenek węgla lub hel.
Linia 236:
|1,8-2,2%
|}
Nie posiada żadnej obudowy rdzeń reaktora bezpieczeństwa względem standardów zastosowanej na Zachodzie.W betonowej studni jest umieszczony reaktor o wymiarach na 21,6 na 25,5 m. To 1661 bloków grafitowych stanowi rdzeń reaktora o przekroju o boku kwadratu równej 250 mm, gdzie kanałach występują pionowe otwory paliwowe. Została wzmocniona przewodność cieplna wprowadzanych w przestrzeń pomiędzy kanałami paliwowymi przez mieszaninę helu i azotu. Warstwą grafitu jest otoczony rdzeń reaktora o wymiarach 500-800 mm, które spełniają rolę pierwszej bariery ochronnej i reflektora neutronów. Reaktor jest otoczony lekką wodą o grubości 1,2 metrów i następnie dwumetrową ściana betonową. Z góry i z dołu reaktora jest on otoczony płytami stalowymi o grubości 200-250mm. Wykonane z stali nierdzewnej stanowią kanały paliwowe stanowiące rury o średnicy 88mm. Przechodzącą przez grafit część główna jest wykonaną ze stopu niobu i cyrkonu. Chłodzący indywidualnie wrzącą wodą jest każdy kanał o temperaturze wody lekkiej równej 290<sup>o</sup>C. Zestawy paliwowe o wysokości 3650 mm po 18 prętów każdy jest wewnątrz zestawu kanału paliwowego. Rurki (koszulki) cyrkonowo-niobowa o średnicy 13,6 mm i grubości 0,9 mm stanowią pojedyncze pręty paliwowe, pastylkami paliwowymi zapełniona o grubości 15 mm z dwutlenku uranu, minimalnie wzbogaconego do 1,8% uranem-235. Całkowita masa paliwa całego paliwa w reaktorze wynosi 190 t. Czas używania jednego pręta w reaktorze wynosi około 3 lata, a ich zmiana na inne nowsze pręty może przebiegać podczas normalnej pracy reaktora. Z jednym obiegiem technologicznym cały blok pracuje, ale w dwóch pojedynczych systemach chłodzenia. Woda pod ciśnieniem w kanałach paliwowych odbiera większość ciepła wydzielonego wygenerowanego w trakcie reakcji rozszczepienia. Jej część odparowuje, a dalej następuje oddzielenie wody z mieszaniny parowo-wodnej z separatorach wychodzącej z reaktora. O temperaturze 284 °C i ciśnieniu 6,5 MPa jest uzyskana para wodna w ilości tego płynu średnio 5780 t wody na godzinę. która jest doprowadzana do dwóch turbogeneratorów o mocy 500 MW każdy z tych urządzeń. Skroplona para wodna w kondensatorze kierowana jest z następnie znowu do reaktora. Sprawność elektrowni jądrowej wynosi 31%. Q układ awaryjnego chłodzenia reaktora
W wieloblokowych elektrowniach, po 2-6 bloków pracują sobie reaktory. Zbudowano także udoskonalony reaktor jądrowy RBMK-1500, o mocy zwiększonej do 1500 MW, który pracuje w Ignalinie. Przygotowano także projekty udoskonalonego reaktora jądrowego RBMK-2000, w którym użyto jądrowy przegrzanie pary wodnej do temperatury 450 °C i wzbogacenie uranu-235 zwiększono do 2,2%.
==Bomba jądrowa==
{{IndexGrafika|Fission bomb assembly methods-PL.svg|7.11|Schemat dwóch metod detonowania ładunku jądrowego}}
Bomba jądrowa
==Reakcje syntezy i termosyntezy==
Przedstawiamy ogólny
===Ogólny opis reakcji syntezy===
Są to reakcje jądrowe łączenia się dwóch jąder w jedno jądro ciężkie i wyniku emitowania jednej lub kilku cząstek takich jak: n,p,γ,α:
Linia 319:
===Reakcje termosyntezy===
Są to reakcje syntezy zachodzące samoczynnie w układzie o bardzo dużej gęstości,
{{IndexWzór|<MATH>\begin{matrix}{}^1H+{}^1H\rightarrow {}^2H+e^++\nu_e\\{}^2H+{}^1H\rightarrow {}^3He+\gamma\\{}^3He+{}^3He\rightarrow {}^4He+2{}^1H\end{matrix}\;</MATH><BR>'''co w sumie daje nam'''<br><MATH>4{}^1H\rightarrow{}^4He+2e^++2\nu_e+2\gamma\;</math>|7.22}}
A także podamy gałąź główną CNO, który daje nam kilka procent energii na słońcu. W gwiazdach masywnych w cyklu CNO wytwarza się więcej energii niż w cyklu p-p, bo tam jest wyższa temperatura i gęstość:
{{IndexWzór|<MATH>\begin{matrix}{}^{12}C+{}^1H\rightarrow {13}N+\gamma\\{}^{13}N\rightarrow{}^{13}C+e^++\nu_e\\{}^{13}C+{}^1H\rightarrow{}^{14}N+\gamma\\{}^{14}N+{}^1H\rightarrow{}^{15}O+\gamma\\{}^{15}O\rightarrow{}^{15}N+e^++\nu_e\\{}^{15}N+{}^1H\rightarrow{}^{12}C+{}^4He\end{matrix}\;</math>|7.23}}
Po wypaleniu się wodoru w gwieździe maleje jego ciśnienie w
{{IndexWzór|<MATH>\begin{matrix}
{}^2H+{}^2H\rightarrow{}^3He+n&Q_S=3,3\mbox{MeV}\\
Linia 329:
{}^2H+{}^3H\rightarrow{}^4He+n&Q_S=17,6\mbox{MeV}\end{matrix}\;</MATH>|7.24}}
Powyższe trzy charakteryzujące się reakcje jądrowe mają duże wartości Q<sub>S</sub>/A, a szczególnie trzecia z nich w {{LinkWzór|7.24}}.
Zapasy ziemskie deuteronu są praktycznie niewyczerpalne - jest ich w wodzie morskiej ok. 0,015%.
Ten problem próbuje się rozwiązać dwoma metodami:
*Ogrzewanie całej objętości do temperatury 10<sup>8</sup>K plazmy o gęstości n≥10<sup>14</sup>cząstek/cm<sup>3</sup> w czasie stosunkowo długim τ≥0,1s. W celu niedostania się plazmy do ścianek obudowy stosuje się bardzo silne pole magnetyczne efektywne, które to pole magnetyczne jest wytwarzane przez powłoki w kształcie toroidu. W tym polu elektrony i jony poruszają się po spiralach nawiniętych na linie pola magnetycznego. Przy odpowiedniej konfiguracji toroidu poruszającą się plazmę można zagęścić w środku toroidu i ograniczyć jego kontakt ze ściankami komory. W procesie zagęszczania powstaje duża temperatura. Toroidy oparte na tej zasadzie nazywamy '''tokamakami'''. W roku 1963 w objętości kilkudziesięciu litrów uzyskano nτ=3⋅10<sup>11</sup>s⋅cząstek/cm<sup>3</sup> i temperaturę T=3⋅10<sup>6</sup>K. W reakcji termosyntezy po raz pierwszy uzyskano neutrony pochodzące z reakcji termosyntezy deuterony i trytu, ale ogólny bilans energii był ujemny. Trudności praktyczne z uzyskaniem praktycznego tokamaka
*Nagrzewanie bardzo szybkie τ=10<sup>-9</sup>s poprzez impulsowe nagrzewanie małych objętości ze wszystkich stron do bardzo wysokiej temperatury, w taki sposób aby plazma nie mogła przeniknąć do ścianek, przy pomocy laserów lub wiązek elektronowych o bardzo dużej mocy. Mieszanina deuteronu i trytu w takich wiązkach może być w stanie stałym o bardzo dużej gęstości bez zagęszczania.
==Bomba termojądrowa==
Linia 348:
8 - Pluton
9 - Osłona odbijająca promieniowanie X w kierunku ładunku dodatkowego}}
W bombie termojądrowej występują reakcje syntezy lekkich atomów pierwiastków w wyniku czemu powstają ciężkie atomy pierwiastków o większej energii wiązania. Warunkiem koniecznym uzyskania syntezy
{{IndexWzór|<MATH>
\begin{matrix}
Linia 357:
\end{matrix}
</MATH>|17.25}}
Zasadniczo mają najważniejszy wpływ dwie pierwsze reakcje {{LinkWzór|17.25}}, które tworzą samopodtrzymujący się cykl. Pierwsza dostarcza tryt do drugiej reakcji, a
<noinclude>{{kreska nawigacja|Wstęp do fizyki jądra atomowego|Oddziaływanie promieniowania z materią|Reakcje jądrowe}}</noinclude><noinclude>{{BottomPage}}</noinclude>
|