Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 111
Текст из файла (страница 111)
Принципиальная схема атомной электростанции. Урановые стержни реактора омываются теплоносителем (газом, водой или расплавленным металлом), который отбирает тепло, выделяющееся в стержнях, и в теплообменнике передаст его воде, образуюгцей пар. Пар, каь и на обычной электростанции, приводит в движение паровую турбину и соединенный с ней электрогенерзтор. В другом варианте, который также находит применение, пар образуется непосредственно в реакторе, а тецлообменник отсутствует Рис. 410. Общий вид атомной электростанции (1954 г.): 7 — реактор, г— — подъемный кран для замены «выгоревшнхэ урановых стержней, 3, 4 — насос с электродвигателем, обеспечивающий циркуляцию воды через реактор, б — теплоооменннк, б — помещение управления реактором (пульт управления), 7 — щит с приборами, сигналнзирую ими появлении недопустимой радиоактивности в различных помещениях щ станции лена в Советском'Союзе в !954 г.
(рис. 4! 0). Чертеж реактора этой электростанции приведен на рис. 4!1. Главной частью реактора являются чтопливные» элементы с ураном, помещенные в графитовый замедлитель, «Топливные» элементы Рис. 4! !. Реактор первой советской атомной электростанции: ( — графитовая кладка реактора, заключенная в герметическую стальную оболочку; штриховыми линиями очерчена активная зона реактора, в которой расположен уран; остальной графит служит отражателем нейтронов; 2 — верхняя плита (чугун), 3 — один из !28 рабочих каналов, в которых помещаются урановые стержни и протекает охлаждающая вода (давление !00 атм), 4 — канал для перемещения регулирующего стержня, содержащего поглотитель нейтронов (бор); регулирующие стержни служат для регулировки мощности реактора и прекращения реакции; б — аонизационная камера для измерения интенсивности реакции в реакторе, б — водяная защита, задерживающая нейтроны, 7, б — подвод и отвод воды из реактора, 9 — верхняя защитная крыш- ка (чугун), (Π— бетонная защита (в основном от у-излучения) представляют собой две тонкостенные трубки из нержавеющей стали, вставленные одна в другую.
В полость между трубками герметически заделывается уран, а внутренняя полость образует канал для протекания воды, отбирающей 573 тепло, выделяющееся в уране при работе реактора. Гсрметиз ческая закупорка урана необходима ввиду его химической нестойкости, а также для предохранения от утечки вредных радиоактивных газов, образукпцихся в качестве продуктов деления. Для облегчения развития цепной реакции «топливные» элементы изготовлены из урана, искусственно обогащенного легко деляшимся пзотопом еаЧЗ (в применяемом о б о г а щ е н н о м уране содержится 5"е та'(7 против 0,7% в природном уране).
Действие уранового реактора сопровождается интенсивной радиоактивностью, Для защиты людей от радиоактивных излучений и от нейтронов, которые в больших дозах Рнс. 412. Верхняя часгь реактора беа крышки. Видны моторы передвижения регулирующих стержней. Ниже — трубки длн подвода волы к рабочим каналам также вредны для здоровья, реактор окружается толстостенной защитой из бетона и других материалов (рис. 4! 1, 412) . Как источник энергии ядерный реактор замечателен малым расходом топлива. Деление 1 г е'"'.(7 по теплообразованию равноценно сжиганию нескольких т о н н каменного угля. Это делает особенно перспективным применение реакторов в пунктах, удаленных от залежей угля и нефти, а также на транспорте — на кораблях, подводных лодках, 574 самолетах, В СССР сооружен ряд крупных атомных еплоэлектростаиций, построено несколько ледокалоа с ными двигателямв, имеются атомные подводные лод „ Ядерная энергетика имеет огромное значение для буду.
щего. Подсчитано, что при современных темпах роста мирового потребления энергии человечество уже через 50 лет может столкнуться с острой нехваткой угля и нефти. Использовапие урана спасает положение, так как запас энергии в земных ресурсах урана в 10 †раз превышает запас энергии в залежах ископаемых органических топлив. Проблема источников энергии получит окончательное решение, когда будет разработана управляемая термоядерная реакция (см.
~ 228). 2. Трансураиовые элементы. При облучепии урана нейтронами изотоп ",",Б превращается в '„',"1Х Последний неустойчив; испытывая р-распад, он образует изотоп элемента 93 — нептуиия (",',Кр). В свою очередь ",',(4р испытывает )1-распад и в короткое время (период полураспада 2,35 дия) превращается в изотоп элемента 94 — плутония (',",Ри). Плутоний-239 также неустойчив, ио распадается очень медленно (период полураспада 24 000 лет). Поэтому он может накапливаться в больших количествах. Подобно урану-235, плутоний-239 является хорошим «ядерным горючим», пригодным для устройства ядерных реакторов, а также атомных бомб.
Для получения плутония используют реакторы из п р я р о д н о г о урана с замедлителем. В этих реакторах значительная доля нейтронов поглощается в уране- 238, образуя в конце концов плутоний, Накопившийся в уране плутоний может быть выделен химическими методами. Другим искусственным ядерным горючим является изо. топ урана м.() с периодом полураспада 162 000 лет, которого в природпом уране иет. "'11 образуется, аналогично плутонию, в результате облучения иейтронами т о р и я. Таким образом, трудно делящиеся вещества — "ЧЗ и торий — могут быть переработаны в ценное ядерное горючее.
Эта возможность очень существенна, так как "'1) и тория на Земле во много раз больше, чем "Л1. Нептуний и плутоний являются представителями трансурановых э л е м е н т о в, расположенных в таблице Менделеева за ураном, Вслед за плутонием был получек еще ряд трансурановых элемептов вплоть до элемента !07. В природе трансурановые элементы ке обнаружены: они все радиоактивиы и по сравнению с геологическим возрастом Земли короткожипущи. 575 3. Получение радиоактивных веществ.
В действующем реакторе имеют место интенсивные потоки нейтронов, образующихся при реакции деления, Облучая вещества нейтронами внутри реактора, получают различные искусственно- радиоактивные изотопы (ср. реакцию (222.1)), Другим источником радиоактивности в реакторе являются осколки деления урана, большинство которых неустойчиво. Искусственно-радиоактивные элементы находят много применений в науке и технике. Вещества, испускающие у-нзлучение, используются вместо более дорогого радия для просвечивания толстых металлических предметов, для лечения рака и т.
д. Свойство больших доз у-излучения убивать живые клетки микроорганизма используется при консервировании продуктов питания. Радиоактивные излучения начинают использоваться в химической промышленности, так как они способствуют протеканию многих важных химических реакций.
Особенно интересен так называемый метод меченых атомов. Этот метод использует тот факт, что по химическим и многим физическим свойствам радиоактивный изотоп и е о т л и ч и м от устойчивых изотопов того же элемента. В то же время радиоактивный изотоп легко может быть опознан по своему излучению (с помощью, например, газоразрядного счетчика).
Добавляя к исследуемому элементу радиоактивный изотоп и улавливая в дальнейшем его излучение, мы можем проследить путь этого элемента в организме, в химической реакции, при плавке металла и т. д. Значение ядерной энергии. Прошло немного лет со времени открытия способа использования ядерной энергии в земных условиях. Открытие это уже дало свои первые плоды. Несомненно, дальнейшее развитие способов получения и использования ядерной энергии создаст новые невиданные возможности для науки, техники, промьппленностн. Масштаб этих возможностей на нынешнем этапе трудно еще полностью представить. Освобождение ядерной энергии означает колоссальное расширение власти человека над природой при условии, однако, что ядерная энергия будет использована для мирных целей. Советский Союз, обладая атомными и водородными бомбами, борется за использование атомной энергии только для мирных целей, за запрещение атомного и водородного оружия и других средств массового уничтожения людей, Отметим еще, что создание ядерных реакторов — это один из наиболее значительных плодов науки о внутреннем строении вещества.
Излучение н е в и д и м ы х, н е о с я- з а е м ы х атомов и атомных ядер привело к вполне о с язаемому и зримому практическому результату — освобождению и использованию ядерной энергии, скрытой в уране. Этот успех самым убедительным образом доказывает, что наши научные представления об атоме и атомном ядре являются и с т и н н ы м и, т. е. в основном правильно отражают объективную действительность природы.
ф 36. Запишите символически с„чедующие ядерные реакции: а) соударение двух дейтронов между собой, в рез)льтате которого образуются две часпщы, более легкая из которых — прогон; б) то же, но более легкая частица — иейтрон (символ и, масса рвана единице, заряд равен путно); в) соудапение протона с ядром изотопа лития с массой 7 с образованием двух и-частиц; г) соУда!зенгге дейтрона с ядром алюминия с образованием в результате нового ядра и протона. 37.
Почему а-частицы, испускаемые радиоактивными препаратами. не могут вызывать ядерных реакций в тяжелых элементах, хотя они иызывают их в легких? 38. Азот облучался в течение ! ч лучком се-частиц, ускоренных в циклотроне. Найдите количество образовавшегося "О, если ток в лучке равен 200 мкА и если ядерную реакцию (2!8.!) вызывает одна и-частица нз каждых 100 000 частнц в пу гне.
39. Запишите следующие ядерные реакции: а) расщепление уквантом дейтрона на протон и нейтрон; б) захват нейтрона протоном с испусканием у-кванта; в) расщепление у-квантом ядра ',Ве с образованием двух и-част1гц; г) захват нейтрона ядром изотола азота с массой !4 с испусканием протона; д) соударевие ядра бериллая с дейтроном с испусканием нейтрона. 40. Пучок быстрых нейтронов пересекает железную пластинку толщиной 1 см.
Найдите долю нейтронов, испытынаю~ггнх соударсние с ядром железа, если радиус последнего б ° !О-'а м. Указание Искомая величина равна доле поверхности пластинки, лере- крытой ядрами. 41. Применив к упругому удару шаров законы сохранения энергии и импульса, вычислите долю энергии, которую теряет нейтрон при лобовом соударенпи с покоящимся ядром массы А а. е. м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
