|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1939 года было выяснено, что в результате взаимодействия ядра Урана-235 и нейтрона образуется новое нестабильное ядро Урана 23692U, которое сразу же распадается на два осколка, разлетающихся с большой скоростью. Большинство крупных осколков имеют массовое число A в пределах 135-145, а мелкие - от 90 до 100. В результате реакции деления ядра Урана 23592U образуются два или три нейтроны. Одна из возможных реакций деления ядра Урана происходит по схеме:
Эта реакция происходит с образованием трех нейтронов. Возможна реакция с образованием двух нейтронов:
Ø Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на две примерно равные части, называемые осколками деления. Поскольку масса покоя тяжелого ядра больше суммы масс покоя осколков, возникающих при делении, то через это происходит выделение энергии, эквивалентной уменьшению массы покоя. При делении каждого ядра Урана освобождаются 2-3 нейтроны. Эти нейтроны, в свою очередь, могут быть причиной деление других ядер Урана, которые так же выпускают нейтроны способны вызвать деление ядер, и др. Таким образом, число ядер, которые делятся, быстро увеличивается. Этот процесс получил название цепной ядерной реакции. Ø Реакция, в которой количество ядер, которые делятся, увеличивается со временем или остается постоянной, называется цепной ядерной реакцией. Суть этой реакции заключается в том, что выпущенные во время деления одного ядра N нейтронов могут вызвать деления N ядер, в результате чего будет выпущено N2 новых нейтронов, которые предопределят деления N2 ядер, и др. Следовательно, число нейтронов, рождающихся в каждом поколении, нарастает в геометрической прогрессии. В целом процесс имеет лавинообразный характер, протекает достаточно быстро и сопровождается выделением огромного количества энергии. Цепная реакция, что происходит в уране, является основой для преобразования ядерной энергии в другие виды энергии. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер Урана была осуществлена в 1942 году в США под руководством итальянского физика Ферми. Устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, называется ядерным реактором. В ядерных реакторах ядерное топливо (уран или плутоний) размещают внутри тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Продукты деления нагревают оболочки Твэлов, и они передают тепловую энергию воде, которую называют в этом случае теплоносителем. Полученная тепловая энергия превращается далее в электрическую энергию подобно тому, как это происходит в обычных тепловых электростанциях. Преобразование энергии происходит по такой схеме: Ø внутренняя энергия ядер Урана Во время деления ядер стенки Твэлов сильно нагреваются. Отвод тепла из активной зоны осуществляется теплоносителем - водой. В мощных реакторах зона нагревается до температуры 300 °С. Чтобы избежать закипания, вода выводится из активной зоны в теплообменник под давлением около 107 Па. В теплообменнике радиоактивная вода (теплоноситель), циркулирующий в первом контуре, отдает тепло обычной воде, циркулирующей во втором контуре. Переданное тепло превращает воду во втором контуре в пару. Эта пара температурой около 230 °С под давлением 3 · 106 Па напрямляється на лопатки паровой турбины, которая вращает ротор генератора электрической энергии. ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Почему нейтроны оказываются наиболее удобными участками для бомбардировки атомных ядер? 2. Что происходит в случае попадания нейтрона в ядро Урана? 3. Почему во время деления ядер Урана выделяется энергия? Второй уровень 1. Какие преимущества атомных электростанций по сравнению с тепловыми? 2. Какие проблемы могут возникнуть из-за использования атомных электростанций? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 1. Почему природный уран не является атомным топливом и его хранения не связано с опасностью взрыва? 2. Один-единственный нейтрон может вызвать в куске урана цепную реакцию с выделением огромного количества энергии. Как может в этом куске появиться нейтрон? Откуда? Решения. Нейтрон может появиться за счет самопроизвольного деления ядра Урана; при этом каждое деление дает 2-3 свободных нейтронов. 1. Определите электрическую мощность атомной электростанции, что тратит за сутки 440 г изотопа Урана-235 и имеет КПД 20 %. Во время деления одного ядра Урана 23592U выделяется 200 Мэв энергии. Решения. Воспользуемся формулой для определения мощности:
Полная энергия равна
Окончательно получаем:
Проверив единицы величин и подставив числовые значения, получаем, что электрическая мощность АЭС 83 МВт. 2. Найдите КПД атомной электростанции мощностью 500 МВт, если ежесуточно она тратит 2,35 кг урана-235. Считайте, что во время каждого деления ядра Урана выделяется энергия 200 Мэв. ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ • Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на две примерно равные части, называемые осколками деления. • Реакция, в которой количество ядер, которые делятся, увеличивается со временем или остается постоянной, называется цепной ядерной реакцией. • Устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, называется ядерным реактором. Домашнее задание 1. Подр-1: § 55; подр-2: § 29 (п. 3). 2. Сб.: Рів1 № 17.17; 17.18. Рів2 № 17.89; 17.93; 17.94; 17.95. Рів3 впр. 39 (1, 2, 3).
|
|
кинетическая энергия нейтронов и осколков ядер 
Тепловую мощность найдем как отношение полной энергии, выделяющейся во время деления урана, до времени:
- количество атомов Урана; 
