В качестве замедлителя нейтронов используется графит плутоний бериллий бетон

Обновлено: 16.05.2024

Нейтронный замедлитель - Neutron moderator

В ядерная техника, а замедлитель нейтронов это среда, которая снижает скорость быстрые нейтроны, в идеале без захват любой, оставив их как тепловые нейтроны только с минимальная (тепловая) кинетическая энергия. Эти тепловые нейтроны безмерно более восприимчивы, чем быстрые нейтроны распространять ядерная цепная реакция из уран-235 или другой делящийся изотоп столкнувшись с их атомное ядро.

Содержание

На модерации

Нейтроны обычно связаны в атомное ядро, и долго не существуют бесплатно в природе. Несвязанный нейтрон имеет период полураспада из 10 минут и 11 секунд. Для выхода нейтронов из ядра требуется превышение энергия связи нейтрона, что обычно составляет 7-9 МэВ для большинства изотопы. Источники нейтронов генерировать свободные нейтроны с помощью различных ядерных реакций, в том числе ядерное деление и термоядерная реакция. Каким бы ни был источник нейтронов, они выделяются с энергией в несколько МэВ.

Умеренность - это процесс уменьшения начальной высокой скорости (высокой кинетической энергии) свободного нейтрона. Поскольку энергия сохраняется, это уменьшение скорости нейтронов происходит за счет передачи энергии материалу, называемому Модератор.

Вероятность рассеяния нейтрона на ядре определяется выражением сечение рассеяния. Первая пара столкновений с замедлителем может иметь достаточно высокую энергию для возбуждения ядра замедлителя. Такое столкновение неэластичный, так как часть кинетической энергии преобразуется в потенциальная энергия возбуждая некоторые из внутренних степени свободы ядра, чтобы сформировать возбужденное состояние. При понижении энергии нейтрона столкновения становятся преимущественно эластичный, т.е. полная кинетическая энергия и импульс системы (нейтрона и ядра) сохраняются.

Учитывая математика упругих столкновений, поскольку нейтроны очень легкие по сравнению с большинством ядер, наиболее эффективным способом удаления кинетической энергии нейтрона является выбор замедляющего ядра, которое имеет почти такую ​​же массу.

Упругое столкновение равных масс

Столкновение нейтрона, имеющего массу 1, с 1 Ядро H (a протон) может привести к потере нейтроном практически всей своей энергии в одном лобовом столкновении. В более общем плане необходимо учитывать как косые, так и лобовые столкновения. В среднее логарифмическое уменьшение энергии нейтронов за столкновение, ξ < Displaystyle xi>, зависит только от атомной массы, А < displaystyle A>, ядра и определяется выражением:

В системе, находящейся в состоянии теплового равновесия, нейтроны (красный цвет) упруго рассеиваются гипотетическим замедлителем свободных ядер водорода (синий), совершая термически активированное движение. Кинетическая энергия передается между частицами. Поскольку нейтроны имеют практически ту же массу, что и протоны и нет поглощения, распределения скоростей обоих типов частиц будут хорошо описаны одним Распределение Максвелла – Больцмана.

Выбор модераторских материалов

Идеальный замедлитель имеет малую массу, высокое сечение рассеяния и малое сечение поглощения..

ВодородДейтерийБериллийУглеродКислородУран
Масса ядер ты1291216238
Уменьшение энергии ξ 10.72610.20780.15890.12090.0084
Количество столкновений1825861141502172

Распределение скоростей нейтронов после замедления

Модераторы реактора

В реактор на тепловых нейтронах, ядро ​​тяжелого топливного элемента, такого как уран поглощает медленный свободный нейтрон, становится нестабильным, а затем разделяется ("деления") на два меньших атома ("продукты деления"). Процесс деления для 235 U ядер дает два продукта деления, от двух до трех быстрые свободные нейтроны, плюс сумма энергия в первую очередь проявляется в кинетической энергии отдающихся продуктов деления. Свободные нейтроны испускаются с кинетической энергией

2 МэВ каждый. Потому что больше свободные нейтроны выделяются в результате деления урана, чем для инициирования этого события требуются тепловые нейтроны, реакция может стать самоподдерживающейся - цепная реакция - в контролируемых условиях, высвобождая при этом огромное количество энергии (см. Статью ядерное деление).


Сечение деления, измеряется в сараи (единица равна 10 −28 м 2 ), является функцией энергии (так называемая функция возбуждения) нейтрона, сталкивающегося с 235 Ядро U. Вероятность деления уменьшается по мере увеличения энергии (и скорости) нейтронов. Это объясняет, почему большинство реакторов работали на 235 U нужен замедлитель для поддержания цепной реакции, и почему удаление замедлителя может остановить реактор.

Вероятность дальнейших событий деления определяется сечение деления, который зависит от скорости (энергии) падающих нейтронов. Для тепловых реакторов нейтроны с высокой энергией в диапазоне МэВ с гораздо меньшей вероятностью (хотя и не способными) вызвать дальнейшее деление. Недавно выпущенные быстрые нейтроны, движущиеся примерно на 10% от скорость света, должны быть замедлены или «замедлены», обычно до скорости нескольких километров в секунду, если они могут вызвать дальнейшее деление в соседних 235 U ядер и, следовательно, продолжают цепную реакцию. Эта скорость эквивалентна температуре в несколько сотен градусов Цельсия.

Во всех реакторах с замедлителем некоторые нейтроны всех уровней энергии будут производить деление, включая быстрые нейтроны. Некоторые реакторы более полно термализованный чем другие; например, в Реактор CANDU почти все реакции деления производятся тепловыми нейтронами, а в реактор с водой под давлением (PWR) значительная часть делений производится нейтронами более высоких энергий. В предлагаемом с водяным охлаждением реактор со сверхкритической водой (SCWR) доля быстрых делений может превышать 50%, что технически делает его реактор на быстрых нейтронах.

А быстрый реактор не использует замедлитель, но полагается на деление, производимое немодерированными быстрыми нейтронами, чтобы поддерживать цепную реакцию. В некоторых конструкциях реакторов на быстрых нейтронах до 20% делений может происходить за счет прямого деления быстрых нейтронов. уран-238, изотоп, который не делящийся вовсе не с тепловыми нейтронами.

Замедлители также используются в нереакторных источниках нейтронов, таких как плутоний-бериллий и раскол источники.

Форма и расположение

Замедляющие примеси

Хорошие замедлители не содержат примесей, поглощающих нейтроны, таких как бор. На коммерческих атомных электростанциях замедлитель обычно содержит растворенный бор. Концентрация бора в теплоносителе реактора может быть изменена операторами путем добавления борной кислоты или разбавления водой для управления мощностью реактора. В Нацистская ядерная программа претерпела существенные неудачи, когда недорогие графитовые замедлители перестали работать. В то время большинство графитов наносилось на борные электроды, а немецкий коммерческий графит содержал слишком много бора. Поскольку немецкая программа военного времени не обнаружила этой проблемы, они были вынуждены использовать гораздо более дорогие тяжелая вода модераторы. В США, Лео Сцилард, бывший инженер-химик, обнаружил проблему.

Неграфитовые замедлители

Некоторые модераторы довольно дорогие, например бериллий, и тяжелая вода реакторного качества. Тяжелая вода реакторного качества должна иметь чистоту 99,75%, чтобы можно было проводить реакции с необогащенным ураном. Его сложно приготовить, потому что тяжелая вода и обычная вода образуют одно и то же. химические связи почти одинаково, только с немного разными скоростями.

Гораздо более дешевый легкий водный замедлитель (по сути, очень чистая обычная вода) поглощает слишком много нейтронов, чтобы использовать его с необогащенным природным ураном, и, следовательно, обогащение урана или ядерная переработка становится необходимым для эксплуатации таких реакторов, что увеличивает общие затраты. И обогащение, и переработка являются дорогостоящими и технологически сложными процессами, и, кроме того, обогащение и несколько типов переработки могут использоваться для создания материала, пригодного для использования в оружии, что приводит к распространение проблемы. В настоящее время разрабатываются схемы переработки, более устойчивые к распространению.

В КАНДУ замедлитель реактора выполняет функции безопасности. Большой резервуар с низкотемпературной тяжелой водой под низким давлением замедляет нейтроны, а также в экстремальных условиях действует как теплоотвод. авария с потерей теплоносителя условия. Он отделен от топливных стержней, которые фактически выделяют тепло. Тяжелая вода очень эффективна для замедления (замедления) нейтронов, что придает реакторам CANDU их важную и определяющую характеристику высокой «нейтронной экономии».

Дизайн ядерного оружия

Основная статья: Бомба из гидрида урана

Основное преимущество использования замедлителя в ядерном взрывчатом веществе состоит в том, что количество делящегося материала, необходимое для достижения критичность может быть значительно уменьшено. Замедление быстрых нейтронов увеличит поперечное сечение за поглощение нейтронов, уменьшая критическая масса. Однако побочным эффектом является то, что по мере развития цепной реакции замедлитель будет нагреваться, тем самым теряя способность охлаждать нейтроны.

Другой эффект замедления состоит в том, что время между последующими генерациями нейтронов увеличивается, что замедляет реакцию. Это затрудняет сдерживание взрыва; то инерция что используется, чтобы ограничить тип имплозии бомбы не смогут сдержать реакцию. Конечным результатом может быть не взор, а взрыв.

Используемые материалы

    , как в обычном "легкая вода". Потому что протий также имеет значительный поперечное сечение за захват нейтронов возможно только ограниченное замедление без потери слишком большого количества нейтронов. Менее замедленные нейтроны относительно более вероятно будут захвачены уран-238 и менее склонны к делению уран-235, так легководные реакторы требовать обогащенный уран работать.
    • Также есть предложения использовать соединение, образованное химической реакцией металлического урана и водорода (гидрид урана-ЭМ-М-М3) в качестве топлива и замедлителя в новый тип реактора.
    • Водород также используется в виде криогенной жидкости. метан и иногда жидкий водород как холодный нейтрон источник в некоторых исследовательские реакторы: давая Распределение Максвелла – Больцмана для нейтронов, максимум которых смещен в область гораздо меньших энергий.
    • Водород в сочетании с углеродом, как в парафиновая свеча использовался в некоторых ранних Немецкие эксперименты.
    • Графит также намеренно разрешается нагревать примерно до 2000 K или выше в некоторых исследовательские реакторы произвести горячий нейтрон источник: давая Распределение Максвелла – Больцмана максимум которой распространяется на генерацию нейтронов более высокой энергии.

    Другие материалы с легкими ядрами непригодны по разным причинам. Гелий является газом и требует специальной конструкции для достижения достаточной плотности; литий-6 и бор-10 поглощают нейтроны.

    В качестве замедлителя нейтронов используется 1)Тяжёлая вода
    2)бериллий
    3)бетон
    4)плутоний

    tcherepkovartem

    Упражнение 4 1. Выполните действия: a) (1,5. 104) + (2,5 · 104); 6) (2.10) -(5. 10); B) (1,5 . 107) · (2 · 107); ) (3,5 . 10): (1,75 · 103). 2. Опреде … лите время по механическим часам с учетом погрешности. Какая стрелка часов дает большую погрешность? ​

    при помоле пшеничного зерна мука из под жерновов выходит горячей. Выпеченный из муки хлеб из печи вынимают горячим. одинакова ли причина повешения тем … пературы муки и хлеба? ответ обосновать.​

    какие вещества м.б. использованы в ядерных реакциях в качестве замедлителей нейтронов:графит,кадмий,тяжелая вода,бор?

    Графит и тяжёлая вода - их ядра не поглощают нейтроны. А бор и кадмий используются в регулирующих стержнях - для управления скоростью цепной ядерной реакции.

    Остальные ответы

    если не ошибаюсь, то граит "ловит" электроны, тяжёлая вода- продукт ядерной реакции. по поводу кадмия и бора- пас.. . ну а нейтроны лучше всего "ловить" полимерами, например, полиэтилен


    Из указанных материалов замедлителями нейтронов
    являются графит и тяжелая вода.

    Почему графит является замедлителем нейтронов?

    zubareva45

    Замедление нейтронов— процесс уменьшения кинетической энергии в результате многократных столкновений с атомными ядрами вещества. Вещество, в котором происходит процесс замедления нейтронов, называется замедлителем. В процессе замедления нейтронов образуются так называемые тепловые нейтроны, находящиеся в тепловом равновесии со средой, в которой происходит замедление.

    Графит является одним из материалов, применявшихся в первых реакторах в качестве замедлителей. Используется графит и в настоящее время. Под действием излучения он изменяет свои свойства, что связано с нарушением кристаллической решетки. При этом твердость и пористость графита увеличиваются, а теплопроводность уменьшается. Поры графита наполнены воздухом, а следовательно, и азотом, сильно поглощающим нейтроны. Поэтому графит с малой пористостью и большой плотностью имеет лучшие замедляющие свойства.

    Немного о ядерных реакторах

    В этом гайде я расскажу вам о процессах, происходящих в ядерном реакторе, об устройстве реакторов.

    Атом состоит из трёх видов частиц – нейтронов, протонов и электронов. В ядре атомы находятся только протоны и нейтроны. Протоны обладают положительным зарядом, нейтроны не обладают зарядом. Ядра атомов после Висмута (обозначается как Bi, 83 номер в таблице Менделеева) являются нестабильными и распадаются со временем, при этом испускают частицы и излучение, то есть они радиоактивны. В ядерных реакторах и бомбах используется в основном уран (92 номер в таблице) и его изотопы (изотопы – атомы элементов, отличающиеся по количеству нейтронов в ядре, а отсюда и разница в массе). В основном применяются изотопы уран-238 (99,3% в природном уране, период полураспада почти 4,5 миллиарда лет) и уран-235 (примерно 0,7% в природном уране, период полураспада около 700 миллионов лет). Используется также торий, оружейный и реакторный плутоний

    При взаимодействии ядер этих или других тяжёлых элементов с нейтронами, первоначальное ядро расщепляется на несколько ядер, близких по массе к изначальному, при этом также высвобождается огромное количество энергии. При делении ядра урана-238 высвобождается порядка 200 МэВ (Мега-электроВольт), это примерно 10 в минус одиннадцатой степени Джоулей. Это энергия, выделяющаяся в результате распада лишь одного ядра урана, а в результате того, что в самом образце их много больше, то выделяющаяся энергия будет значительной.

    Замедлители нейтронов призваны уменьшить энергию нейтронов, образующихся при ядерных реакциях. Если скорость нейтронов будет слишком высокой, то вероятность захвата ядром урана этого нейтрона будет чрезвычайно мала. Если снизить его скорость, то вероятность реакции заметно возрастёт.

    Принцип действия ядерного реактора

    Это одна из крайне перспективных отраслей науки. Термоядерные реакторы, в случае появления, обещают практически неограниченный выход энергии. Однако как вы могли догадаться, есть некоторые сложности с их созданием.

    Это основы ядерной энергетики, благодарю за внимание и надеюсь на оценку моего труда.

    Замедление нейтронов

    Замедле́ние нейтро́нов — процесс уменьшения кинетической энергии свободных нейтронов в результате их многократных столкновений с атомными ядрами вещества. Вещество, в котором происходит процесс замедления нейтронов, называется замедли́телем. Замедление нейтронов применяется, например, в ядерных реакторах на тепловых нейтронах.

    Содержание

    Общие сведения

    Вещество N t, мксек LБ, см
    Свинец 1600 1300 200
    Графит 110 70 43
    Вода 23 3 13
    Среднее число столкновений N, среднее время замедления t и среднее квадратичное удаление LБ нейтрона от источника при замедлении нейтрона в неограниченной среде от энергии 1 МэВ до энергии 0,1 эВ

    В процессе замедления нейтронов образуются т. н. тепловые нейтроны, находящиеся в тепловом равновесии со средой, в которой происходит замедление. Средняя энергия теплового нейтрона при комнатной температуре равна 0,04 эВ.

    В процессе замедления часть нейтронов поглощается ядрами или вылетает из среды наружу, то есть теряется. В замедлителях, содержащих лёгкие ядра, потери на поглощение малы и большая часть нейтронов, испущенных источником, превращается в тепловые нейтроны, при условии, что размеры замедлителя достаточно велики, по сравнению с размером LБ.

    Особенности применения

    К числу лучших замедлителей, широко используемых в ядерной физике и ядерной технике для превращения быстрых нейтронов в тепловые, относятся вода, тяжёлая вода, бериллий, графит.

    Достоинства обычной воды как замедлителя — её доступность и дешевизна. Недостатками воды являются низкая температура кипения (100 °C при давлении 1 атм) и поглощение тепловых нейтронов. Первый недостаток устраняется повышением давления в первом контуре. Поглощение тепловых нейтронов водой компенсируют применением ядерного топлива на основе обогащённого урана.

    Тяжёлая вода

    Тяжёлая вода по своим химическим и теплофизическим свойствам мало отличается от обычной воды. Она практически не поглощает нейтронов, что даёт возможность использовать в качестве ядерного топлива природный уран в реакторах с тяжеловодным замедлителем. Недостатком тяжёлой воды является её высокая стоимость.

    Графит

    Бериллий

    Литература

    • Петунин В. П. Теплоэнергетика ядерных установок М.: Атомиздат, 1960.
    • Левин В. Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. 4-е изд. — М.: Атомиздат, 1979.
    • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
    • Добавить иллюстрации.
    • Физика ядерного реактора
    • Нейтронная физика

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Смотреть что такое "Замедление нейтронов" в других словарях:

    ЗАМЕДЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ — последовательное уменьшение кинетической энергии нейтронов в результате соударений с атомными ядрами вещества … Большой Энциклопедический словарь

    замедление нейтронов — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN neutron moderation … Справочник технического переводчика

    Замедление нейтронов — уменьшение кинетической энергии нейтронов в результате многократных столкновений с атомными ядрами вещества. В ядерных реакциях (См. Ядерные реакции), являющихся источниками нейтронов, образуются, как правило, быстрые нейтроны (с энергией … Большая советская энциклопедия

    замедление нейтронов — модерация нейтронов … Cловарь химических синонимов I

    модерация нейтронов — замедление нейтронов … Cловарь химических синонимов I

    ТЕРМАЛИЗАЦИЯ НЕЙТРОНОВ — последняя стадия процесса замедления нейтронов. При уменьшении кинетич. энергии нейтронов до величин … Физическая энциклопедия

    ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ

    в-во, используемое для уменьшения энергии нейтронов в ядерных реакторах; является составной частью активной зоны. В качестве 3. н. могут применяться в-ва, обладающие малыми массовыми числами, - водород, углерод, бериллий. Практически используются материалы, содержащие эти в-ва, - обыкновенная и тяжёлая вода, графит, оксид бериллия, органич. жидкости. Жидкий 3. н. часто одновременно служит теплоносителем.

    Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

    Смотреть что такое "ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ" в других словарях:

    ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ — вещество, используемое для уменьшения энергии нейтронов в ядерных реакторах. Хорошие замедлители нейтронов графит, обычная и тяжелая вода, соединения бериллия … Большой Энциклопедический словарь

    ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ — вещество с малым массовым числом (водород, бериллий, бор, углерод), служащее для уменьшения энергии нейтронов в ядерных реакторах; используется в качестве составной части активной зоны … Большая политехническая энциклопедия

    замедлитель нейтронов — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN moderator of neutrons … Справочник технического переводчика

    Замедлитель нейтронов — материал, эффективно замедляющий высокоэнергетические нейтроны. Источник: НП 063 05: Правила ядерной безопасности для объектов ядерного топливного цикла … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

    ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ — в во, используемое для уменьшения энергии нейтронов в ядерных реакторах. Хорошие З.н. графит, обычная и тяжёлая вода, соед. бериллия … Естествознание. Энциклопедический словарь

    В качестве замедлителя нейтронов используется графит плутоний бериллий бетон



    Главное меню

    Соглашение


    Английский язык

    Астрономия

    Белорусский язык

    Информатика

    Итальянский язык

    Краеведение

    Литература

    Математика

    Немецкий язык

    Обществознание

    Окружающий мир

    Русский язык

    Технология

    Физкультура

    Для учителей

    Дошкольникам

    VIP - доступ

    Ядерные реакции

    Оценивание: 100% - " 5 ", 90% - " 4 ", 80% - " 3 "

    Физика 11 класс | Автор: Учитель физики | ID: 12083 | Дата: 29.3.2020

    Реактор с графитовым замедлителем - Graphite-moderated reactor


    Реактор с графитовым замедлителем является ядерным реактором , который использует углерод в качестве замедлителя нейтронов , что позволяет естественным уран для использования в качестве ядерного топлива .

    Первый искусственный ядерный реактор, Chicago Pile-1 , использовал ядерный графит в качестве замедлителя. Реакторы с графитовым замедлителем были задействованы в двух самых известных ядерных катастрофах: непроверенный процесс отжига графита способствовал возгоранию Виндскейла (но сам графит не загорелся), в то время как пожар графита во время Чернобыльской катастрофы способствовал распространению радиоактивный материал.

    СОДЕРЖАНИЕ

    • Реакторы с газовым охлаждением
    • Усовершенствованный реактор с газовым охлаждением (AGR)

    Исследовательские реакторы

    Был построен ряд исследовательских или испытательных реакторов, в которых в качестве замедлителя используется графит.

    История


    Сержант Сапири , сенатор Альберт Гор-старший , сенатор Линдон Джонсон и доктор Джон Свартаут рассматривают модель графитового реактора в Национальной лаборатории Ок-Ридж , 19 октября 1958 года.

    Первый искусственный ядерный реактор, Chicago Pile-1 , устройство с графитовым замедлителем, производившее от 0,5 до 200 Вт, был построен группой под руководством Энрико Ферми в 1942 году. Строительство и испытания этого реактора (« атомной котельной »). ) был частью Манхэттенского проекта . Эта работа привела к строительству графитового реактора X-10 в Окриджской национальной лаборатории , который был первым ядерным реактором, спроектированным и построенным для непрерывной работы, и начал работу в 1943 году.

    Несчастные случаи

    В реакторах с графитовым замедлителем произошло несколько крупных аварий, из которых, вероятно, наиболее известны пожар в Виндскейле и Чернобыльская катастрофа .

    При пожаре в Виндскейле использовался непроверенный процесс отжига графита, что способствовало возникновению аварии - однако загорелся урановое топливо, а не графит в реакторе. Единственное повреждение графитового замедлителя локализовано вокруг горящих твэлов.

    В аварии на Чернобыльской АЭС графит стал одной из причин аварии. Из-за перегрева из-за недостаточного охлаждения твэлы начали выходить из строя. После нажатия кнопки SCRAM (AZ5) для остановки реактора управляющие стержни заклинили в середине активной зоны, что привело к положительной петле, поскольку ядерное топливо прореагировало на графит. Это то, что было названо «последним триггером» событий перед разрывом. Графитовый пожар после основного события способствовал распространению радиоактивного материала. Массовый скачок мощности в Чернобыле во время неудачного испытания привел к разрыву корпуса реактора и серии паровых взрывов, в результате которых было разрушено здание реактора. Теперь под воздействием воздуха и тепла от активной зоны реактора графитовый замедлитель в активной зоне реактора загорелся, и этот пожар послал шлейф высокорадиоактивных осадков в атмосферу и над обширной географической зоной.

    Кроме того, крупные аварии пострадали французская атомная электростанция Сен-Лоран и испанская атомная электростанция Ванделлос - оба реактора UNGG с графитовым замедлителем на природном уране . Особого внимания заслуживают частичное расплавление активной зоны 17 октября 1969 года и выброс тепла во время отжига графита 13 марта 1980 года в Сен-Лоране, которые были классифицированы как INES 4. АЭС Ванделло была повреждена 19 октября 1989 года, и рассматривался вопрос о ремонте. неэкономично.

    Читайте также: