Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Попав снова в уран, замедленный нейтрон скорее всего поглощается в ззЧ), вызывая деление 1обозначение два светлых кружка). Некоторые нейтроны ,поглощаются в з'з)), не вызынзя деления (обозначение: черный кружок) был реализован в СССР в !946 г. академиком Игорем Васильевичем Курчатовым (1903 — 1960) с сотрудниками. ф 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы. Цепная реакпия деления позволяет расщеплять уран в значительных количествах.
Этот процесс сопровождается обильным выделением энергии. В зависимости от условий цепная реакция представляет собой либо спокойный, поддающийся регулировке процесс, либо взрывной процесс. Если масса реагирующей системы лишь с л е г к а превышает критическую массу, тореакция нарастает медленно. По достижении нужной мощности нарастание реакции можно прекратить. Для этого достаточно уменьшить массу системы до критической величины. Реакцию можно в любой момент погасить, уменьшив массу ниже критической *).
Таким образом, цепная реакция полностью поддается контролю. Иначе обстоит дело, если масса системы з н а ч и т е л ьн о п р е в ы ш а е т критическую. В этом случае реакция ь) Практически используемый способ регулировки реакции состоит во введении (или выведении) неделящихся неществ, сильно поглощающих нейтроны, нарастает со скоростью взрыва. После того как реакция началась, она выходит из-под контроля; бурное выделение энергии приводит к разрушению системы. Особенно быстро развивается реакция в чистом»»1Ц, так как она вызывается здесь быстрыми (незамедленными) нейтронами.
Поэтому»».'13 в количестве, заметно превышающем критическую массу, представляет сильнейшее взрывчатое вещество, используемое для так называемой ото,иной божбы. Чтобы атомная бомба не взрывалась при хранении, можно разделить ее урановый заряд на несколько удаленных друг от друга частей с массой, меньшей критической.
Для производства взрыва необходима эти части быстро сблизить. По энергии взрыва урановый заряд в сотни тысяч раз превосходит обычные взрывчатые вещества, взятые в том же количестве. В момент взрыва температура в атомной бомбе поднимается до миллионов градусов. Ввиду этого взрыв атомной бомбы, если он происходит в подходящей среде, может вызвать вспышку термоядерной реакции (см. 9 226). К числу веществ, обладающих наиболее олагоприятными свойствами для развития термоядерной реакции, относятся тяжелый водород (дейтерий 'Р), сверхтяжелый водород (тритий 'Т), литий и др.
В смеси этих веществ могут идти, например, следующие ядерные реакции: Р; Т вЂ” ',Не+ п ь 17,5 МэВ, Р+Р Т +р+4,0 МэВ, ,'Р!«- и- .',Не+Т+48 МэВ, "»1 1+ Р ",'11-гр —,о«,0 МэВ и т. д. Система из атомной бомбы и вещества, в котором при ее взрыве возникает мощная термоядерная реакция, получила название термоядерной или водородной бомбы. Сила взрыва водородной бомбы в сотни раз превосходит силу взрыва атомной бомбы.
Дело в том, что количество <взрывчатки» (»»»1)) в атомной бомбе ограничено: масса каждой ее части должна быть меньше критической во избежание преждевременного взрыва. Для количества же «взрывчатки» водородной бомбы такого ограничения нет, так как дейтерий, тритий, их смесь и т.
п. сами собой взорваться не могут. В отличие от реакции деления до настоящего времени еще не осуществлено использование термоядерной реакции для практического получения тепловой и электрической 569 При такпх температурах венеытво переходит в состояние сильно ионизованного газа — плазмы. Чтобы реакция не затухала, плазму нужно удерживать от расширения, т.
е. надо ограничить свободу двяхсення частиц плазмы — ионов и электронов. Этого нельзя достигнуть простым зщслючением плазмы в ззмкнутый сосуд, так как никакие стен- ц) б) Рнс. 408. Движение медленной за- а, е в ться,,' аз п кн не могут противостоять темперяженной частицы в однородном магнитг~оь~ поле (а) и в магнитном мых жа ой., х мат щей температуру испарения саполе прямолинейного провода с тонитного поля, спирали — траектопсредача тепла стенкам затруднила бы нагрев плазмы).
рии частицы. В начале 50-х годов советские физики А. Д. Сахаров и РЕ Е. Тамм, а также некоторые зарубежные ученые предложилн использоаать для удержания плазмы сильные магнитные поля. Как мы знаем (й 198), в однородном магнитном поле зарязкенная частица, начальная скорость которой перпендикулярна к индукции магнитного поля, движется по окружности а плоскости, перпендикулярной к направлению поля.
Если начальная скорость параллельна магнитному полю, частица движется свободно (по инерции) вдоль линии магнитного поля, так как в этом случае сила Лоренца равна нулю, В общем случае, когда начальная скорость направлена произвольно, имеет место сложение прямолинейного и кругового движений — частица описывает винтовую траекто. рию, извивающуюся па линию магнитного поля (рнс, 408, а). Такой характер движения сохраняется н в неоднородном магнитном поле, есчи на расстоянии порядка шага «винта» направление магнитной индукции поля изменяется незначительно (рнс. 408, б). Частица оказывается как бы привязанной к линии поля — она удерживаешься на постоянном расстоянии от нее, равном рахит су спирали. Радиус спирали прямо пропорционален скорости частицы ") и обратно пропорционален магнитной индукции В (см.
й 198); увеличявая В, можно сделать радиус спирали как угодно малым. В реальной плазме на движение частиц влияют соударения между ними и внутренние электрические н магнитные поля плазмы (они всегда имеются, так как плазма состоит нз заряженных частиц). Ввиду этого *) Точнее, составляющей скорости, перпендикулярной к магнитному полю. 570 энергии. Однако интенсивные исследования в этом направлении ведутся в СССР и в других странах. Применение термоядерной реакции для получении энергии представляет огромный интерес, так как запасы сырья для этой реакции огромны (дейтерий в составе воды в океанах!), тогда как запасы урана ограничены.
Для возбуждения термоязегнзй реакции ядерное чгорючееь должно быть нагрсто до температуры порядка десяти миллионов градусоа. 6 рассмотрение действия внешнего магнитного поля нз движение частиц плазмы окззывзется очень слохсным. Основная собениость, однако, остзется — магнитное поле, искривляя трзекторни частиц, очень сильно затрудняет их движение в пзпрзвлении, перпендикулярном к линиям внешнего магнитного поля.
Этз особенность н используется лля 1лер. жзния (изоляции) плззыы. Магнитное поле используется также и для нагрева плззмы: пря из мененни магнитной индукции возникает э. д. с. индукции, под действием которой ионы и электроны ускоряются. К настоящему времени физики научились нагревать плазму, правде весьма рззреженную, до температуры сто миллионов грздусов н удержнвзть се в таком состоянии в течение сотых долей секунды. Эти успехи позволя|от надеяться, что нв описанном пути удастся в конечном счете осуществить упрзвляемую, а не взрывную, кзк в водородвой бомбе, тер. моядерную реакцию. При взрыве атомной и водородной бомбы в добавление к эффектам, характерным для любого мощного взрыва, испускается еще много нейтронов и у-излучение, а также образуется большое количество радиоактивных веществ.
Излучения этих веществ делают район взрыва опасным для жизни еще в течение некоторого времени после взрыва. Радиоактивные продукты взрыва разносятся потоками воздуха на тысячи километров от места взрыва. Отметив с помощью счетчика излучений повышенную против обычного радиоактивность воздуха, можно с достоверностью установить факт взрыва атомной илн водородной бомбы. 9 229.
Ядерные реакторы и их применения. Устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция деления ядер, называется ядгрны,чг реакторон. В качестве делящегося вещества (ядерного топлива) применяют уран и плутоний (получаемый искусственно радиоактивный элемент с порядковым номером д=94). Ядерные реакторы используются для выработки энергия, для получения искусственных радиоактивных изотопов (в том числе трансурановых элементов, т, е. элементов с Я)92) н как источники мощных пучков нейтронов. Рассмотрим эти применения.
1. Получение энергии. Осколки деления тормозятся в уране на очень малом пути (менее б мкм). Ввиду этого почти вся энергия, освобождаемая в реакторе, выделяется в виде тепла в массе урана. Зго тепло можно использовать, например, для нагревания и испарения жидкости, омывающей уран, и затем через посредство турбины или другой тепловой машины превратить его в механическую и далее в электрическую энергию (рис. 409). Первая в мире атомная электростанция, основанная на таком принципе, была осуществ- 571 г 1 ! ц ое Тепло обнвннак Реаногоа Рнс. 409.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
