التفاعل النووي المتسلسل- تفاعل انشطاري ذاتي الاستدامة للنوى الثقيلة، حيث يتم إنتاج النيوترونات بشكل مستمر، وتقسيم المزيد والمزيد من النوى الجديدة. تنقسم نواة اليورانيوم 235 تحت تأثير النيوترون إلى شظيتين مشعتين ذات كتلة غير متساوية، وتطير بسرعات عالية. في اتجاهات مختلفة، واثنين أو ثلاثة نيوترونات. التفاعلات المتسلسلة الخاضعة للرقابةيتم إجراؤها في المفاعلات النووية أو الغلايات النووية. حالياً التفاعلات المتسلسلة الخاضعة للرقابةيتم إجراؤها على نظائر اليورانيوم -235، واليورانيوم -233 (الذي تم الحصول عليه صناعيًا من الثوريوم -232)، والبلوتونيوم -239 (الذي يتم الحصول عليه صناعيًا من اليورانيوم -238)، وكذلك البلوتونيوم -241. والمهمة المهمة جدًا هي عزل نظير اليورانيوم 235 عن اليورانيوم الطبيعي. منذ الخطوات الأولى لتطوير التكنولوجيا النووية، كان لاستخدام اليورانيوم 235 أهمية حاسمة؛ ومع ذلك، كان الحصول عليه في شكله النقي أمرًا صعبًا من الناحية الفنية، لأن اليورانيوم 238 واليورانيوم 235 لا يمكن فصلهما كيميائيًا.
50. المفاعلات النووية. آفاق استخدام الطاقة النووية الحرارية.
مفاعل نوويهو جهاز يحدث فيه تفاعل متسلسل نووي متحكم فيه، مصحوبًا بإطلاق الطاقة. تم بناء وإطلاق أول مفاعل نووي في ديسمبر 1942 في الولايات المتحدة الأمريكية تحت قيادة إي. فيرمي. أول مفاعل تم بناؤه خارج الولايات المتحدة كان ZEEP، وتم إطلاقه في كندا في 25 ديسمبر 1946. في أوروبا، كان أول مفاعل نووي هو منشأة F-1، التي بدأت العمل في 25 ديسمبر 1946 في موسكو تحت قيادة آي في كورشاتوف. وبحلول عام 1978، كان هناك حوالي مائة مفاعل نووي من مختلف الأنواع يعمل بالفعل في العالم. مكونات أي مفاعل نووي هي: قلب به وقود نووي، وعادةً ما يكون محاطًا بعاكس نيوتروني، ومبرد، ونظام التحكم في التفاعل المتسلسل، والحماية من الإشعاع، ونظام التحكم عن بعد. يتعرض وعاء المفاعل للتآكل (خاصة تحت تأثير الإشعاعات المؤينة). السمة الرئيسية للمفاعل النووي هي قوته. وتقابل قدرة 1 ميجاوات تفاعلًا متسلسلًا يحدث فيه 3·1016 حدث انشطار في ثانية واحدة. يتم إجراء الأبحاث في فيزياء البلازما ذات درجة الحرارة المرتفعة بشكل أساسي فيما يتعلق باحتمال إنشاء مفاعل نووي حراري. أقرب المعلمات إلى المفاعل هي تركيبات نوع توكاماك. في عام 1968، أُعلن أن تركيب T-3 قد وصل إلى درجة حرارة البلازما عشرة ملايين درجة مئوية؛ وفي تطوير هذا الاتجاه ركز العلماء من العديد من البلدان جهودهم على مدى العقود الماضية - ينبغي تنفيذ رد فعل نووي حراري مستدام على توكاماك الذي يجري بناؤه في فرنسا بجهود مختلف البلدان. ومن المتوقع الاستخدام الكامل للمفاعلات النووية الحرارية في قطاع الطاقة في النصف الثاني من القرن الحادي والعشرين، بالإضافة إلى التوكاماك، هناك أنواع أخرى من المصائد المغناطيسية لحصر البلازما ذات درجة الحرارة العالية، على سبيل المثال، ما يسمى بالمصائد المفتوحة. نظرًا لعدد من الميزات، يمكنها حمل البلازما عالية الضغط، وبالتالي تتمتع بآفاق جيدة كمصادر قوية للنيوترونات النووية الحرارية، وفي المستقبل كمفاعلات نووية حرارية.
إن النجاحات التي تحققت في السنوات الأخيرة في معهد الفيزياء النووية SB RAS في البحث عن المصائد المفتوحة الحديثة المتماثلة المحورية تشير إلى الوعد بهذا النهج. هذه الدراسات مستمرة، وفي الوقت نفسه، يعمل BINP على تصميم منشأة من الجيل التالي، والتي ستكون قادرة بالفعل على إظهار معلمات البلازما القريبة من تلك الموجودة في المفاعل.
دعونا نفكر في آلية التفاعل المتسلسل الانشطاري. عند انشطار النوى الثقيلة تحت تأثير النيوترونات، يتم إنتاج نيوترونات جديدة. على سبيل المثال، مع كل انشطار لنواة اليورانيوم 92 U 235، يتم إنتاج ما معدله 2.4 نيوترون. يمكن لبعض هذه النيوترونات أن تسبب الانشطار النووي مرة أخرى. تسمى هذه العملية الشبيهة بالانهيار الجليدي تفاعل تسلسلي
.
يحدث التفاعل المتسلسل الانشطاري في بيئة تحدث فيها عملية تكاثر النيوترونات. تسمى هذه البيئة جوهر
. إن أهم كمية فيزيائية تميز شدة تكاثر النيوترونات هي عامل تكاثر النيوترونات في الوسط
ك ∞ . ومعامل الضرب يساوي نسبة عدد النيوترونات في جيل واحد إلى عددها في الجيل السابق. يشير المؤشر ∞ إلى أننا نتحدث عن بيئة مثالية ذات أبعاد لا نهائية. وبالمثل يتم تحديد القيمة k ∞ عامل تكاثر النيوترونات في النظام الفيزيائي
ك. العامل k هو سمة من سمات التثبيت المحدد.
في وسط انشطاري ذي أبعاد محدودة، تهرب بعض النيوترونات من المركز إلى الخارج. ولذلك، فإن المعامل k يعتمد أيضًا على الاحتمال P لعدم هروب النيوترون من النواة. أ-بريوري
| ك = ك ∞ ص. | (1) |
وتعتمد قيمة P على تركيبة المنطقة النشطة وحجمها وشكلها وأيضا على مدى عكس المادة المحيطة بالمنطقة النشطة للنيوترونات.
ترتبط المفاهيم المهمة للكتلة الحرجة والأبعاد الحرجة بإمكانية مغادرة النيوترونات للنواة. الحجم الحرج
هو حجم المنطقة النشطة التي يكون فيها k = 1. الكتلة الحرجة
تسمى كتلة جوهر الأبعاد الحرجة. من الواضح أنه مع وجود كتلة أقل من القيمة الحرجة، لا يحدث التفاعل المتسلسل، حتى لو كان > 1. على العكس من ذلك، فإن الزيادة الملحوظة في الكتلة فوق القيمة الحرجة تؤدي إلى تفاعل غير منضبط - انفجار.
إذا كان هناك نيوترونات N في الجيل الأول، فسيكون هناك Nk n في الجيل n. لذلك، عند k = 1، يستمر التفاعل المتسلسل ثابتًا، عند k< 1 реакция гаснет, а при k >1 تزداد شدة التفاعل . عندما k = 1 يتم استدعاء وضع التفاعل شديد الأهمية
، ل ك > 1 - فوق الحرج
وفي ك< 1 – دون الحرج
.
يعتمد عمر جيل واحد من النيوترونات بشدة على خصائص الوسط ويتراوح من 10 –4 إلى 10 –8 ثانية. نظرًا لقصر هذا الوقت، من أجل تنفيذ تفاعل متسلسل متحكم فيه، من الضروري الحفاظ على المساواة k = 1 بدقة كبيرة، لأنه، على سبيل المثال، عند k = 1.01 سوف ينفجر النظام على الفور تقريبًا. دعونا نرى ما هي العوامل التي تحدد المعاملات k ∞ و k.
الكمية الأولى التي تحدد k ∞ (أو k) هي متوسط عدد النيوترونات المنبعثة في حدث انشطاري واحد. ويعتمد العدد على نوع الوقود وطاقة النيوترون الساقط. في الجدول ويبين الجدول 1 قيم النظائر الرئيسية للطاقة النووية لكل من النيوترونات الحرارية والسريعة (E = 1 MeV).
يظهر في الشكل طيف الطاقة للنيوترونات الانشطارية لنظير 235 U. 1. الأطياف من هذا النوع متشابهة بالنسبة لجميع النظائر الانشطارية: هناك تشتت قوي في الطاقات، حيث أن الجزء الأكبر من النيوترونات له طاقات في حدود 1-3 ميغا إلكترون فولت. تتباطأ النيوترونات الناتجة أثناء الانشطار، وتنتشر على مسافة معينة ويتم امتصاصها إما مع الانشطار أو بدونه. اعتمادًا على خصائص الوسط، يكون لدى النيوترونات الوقت الكافي لإبطاء طاقتها إلى طاقات مختلفة قبل الامتصاص. في ظل وجود وسيط جيد، يكون لدى غالبية النيوترونات الوقت الكافي للتباطأ إلى طاقات حرارية تبلغ حوالي 0.025 فولت. في هذه الحالة يسمى التفاعل المتسلسل بطيءأو ما هو نفسه، الحرارية. في غياب وسيط خاص، لن يكون لدى النيوترونات سوى الوقت الكافي لإبطاء طاقتها إلى 0.1-0.4 ميجا فولت، نظرًا لأن جميع النظائر الانشطارية ثقيلة وبالتالي تتباطأ بشكل سيئ. تسمى التفاعلات المتسلسلة المقابلة سريع(نؤكد أن الصفات "سريعة" و "بطيئة" تميز سرعة النيوترونات وليس سرعة التفاعل). تسمى التفاعلات المتسلسلة التي يتم فيها إبطاء النيوترونات إلى طاقات تتراوح من عشرات إلى واحد كيلو إلكترون فولت متوسط
.
عندما يصطدم نيوترون بنواة ثقيلة، يكون الالتقاط الإشعاعي للنيوترون (n، γ) ممكنًا دائمًا. هذه العملية سوف تتنافس مع القسمة وبالتالي تقلل من معدل الضرب. ويترتب على ذلك أن الكمية الفيزيائية الثانية التي تؤثر على المعاملات k ∞ , k هي احتمال الانشطار عندما يتم التقاط نيوترون بواسطة نواة نظير انشطاري. ومن الواضح أن هذا الاحتمال للنيوترونات أحادية الطاقة يساوي
| , | (2) |
حيث nf، nγ هي المقاطع العرضية لالتقاط الانشطار والإشعاع، على التوالي. لمراعاة عدد النيوترونات لكل حدث انشطاري واحتمال الالتقاط الإشعاعي في الوقت نفسه، تم إدخال معامل η، وهو ما يعادل متوسط عدد النيوترونات الثانوية لكل نيوترون يتم التقاطه بواسطة نواة انشطارية.
| , | (3) |
تعتمد قيمة η على نوع الوقود وعلى طاقة النيوترونات. وترد قيم η لأهم النظائر للنيوترونات الحرارية والسريعة في نفس الجدول. 1. قيمة η هي أهم خاصية لنواة الوقود. يمكن أن يحدث التفاعل المتسلسل فقط عندما تكون η > 1. كلما ارتفعت قيمة η، زادت جودة الوقود.
الجدول 1. قيم ν، η للنظائر الانشطارية
| جوهر | 92 ش 233 | 92 ش 235 | 94 بو 239 | |
| النيوترونات الحرارية (E = 0.025 فولت) |
ν | 2.52 | 2.47 | 2.91 |
| η | 2.28 | 2.07 | 2.09 | |
| النيوترونات السريعة (E = 1 مليون إلكترون فولت) |
ν | 2.7 | 2.65 | 3.0 |
| η | 2.45 | 2.3 | 2.7 | |
يتم تحديد جودة الوقود النووي من خلال توفره ومعامله η. تم العثور على ثلاثة نظائر فقط في الطبيعة يمكن استخدامها كوقود نووي أو مواد خام لإنتاجها. هذه هي نظائر الثوريوم 232 ث ونظائر اليورانيوم 238 يو و235 يو. ومن بين هذه النظائر، لا يعطي النظيران الأولان تفاعلًا متسلسلاً، ولكن يمكن معالجتهما إلى نظائر يحدث عليها التفاعل. النظير 235 U نفسه يعطي تفاعل متسلسل. يوجد الثوريوم في القشرة الأرضية عدة مرات أكثر من اليورانيوم. يتكون الثوريوم الطبيعي عمليا من نظير واحد فقط، 232 ث. يتكون اليورانيوم الطبيعي بشكل أساسي من نظير 238 U و0.7% فقط من نظير 235 U.
من الناحية العملية، فإن مسألة جدوى التفاعل المتسلسل على خليط طبيعي من نظائر اليورانيوم، حيث يوجد 140238 نواة U لكل 235 نواة U، هي مسألة في غاية الأهمية. دعونا نظهر أنه في الخليط الطبيعي من الممكن حدوث تفاعل بطيء ، ولكن سريع ليس كذلك. للنظر في تفاعل متسلسل في خليط طبيعي، من المناسب إدخال كمية جديدة - متوسط المقطع العرضي لامتصاص النيوترونات لكل نواة من نظير 235 U حسب التعريف
بالنسبة للنيوترونات الحرارية = 2.47، = 580 بارن، = 112 بارن، = 2.8 بارن (لاحظ مدى صغر المقطع العرضي الأخير). وباستبدال هذه الأرقام في (5)، نحصل على ذلك بالنسبة للنيوترونات البطيئة في خليط طبيعي
وهذا يعني أن 100 نيوترون حراري، ممتص في الخليط الطبيعي، سينتج 132 نيوترونًا جديدًا. ويترتب على ذلك مباشرة أن التفاعل المتسلسل مع النيوترونات البطيئة ممكن من حيث المبدأ على اليورانيوم الطبيعي. من حيث المبدأ، لأنه لتنفيذ تفاعل متسلسل فعليًا، يجب أن تكون قادرًا على إبطاء النيوترونات مع خسائر منخفضة.
بالنسبة للنيوترونات السريعة ν = 2.65، 2 بارن، 0.1 بارن. إذا أخذنا في الاعتبار الانشطار فقط على نظير 235 U، فسنحصل على ذلك
| 235 (سريع) 0.3. | (7) |
لكن يجب علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار أن النيوترونات السريعة ذات الطاقات الأكبر من 1 ميغا إلكترون فولت يمكنها، بكثافة نسبية ملحوظة، أن تقسم نوى نظير 238 U، الموجود بكثرة في الخليط الطبيعي. للقسمة على 238 U، يكون المعامل حوالي 2.5. في طيف الانشطار، ما يقرب من 60% من النيوترونات لديها طاقات أعلى من العتبة الفعالة البالغة 1.4 ميغا إلكترون فولت للانشطار بمقدار 238 يو. ولكن من بين هذه الـ 60%، يتمكن نيوترون واحد فقط من أصل 5 من الانشطار دون التباطؤ إلى طاقة أقل من العتبة بسبب التشتت المرن وغير المرن بشكل خاص. من هنا، بالنسبة للمعامل 238 (سريع) نحصل على التقدير
وبالتالي، لا يمكن أن يحدث تفاعل متسلسل في خليط طبيعي (235 U + 238 U) مع النيوترونات السريعة. وقد ثبت تجريبياً أنه بالنسبة لليورانيوم المعدني النقي يصل عامل الضرب إلى قيمة الوحدة مع التخصيب بنسبة 5.56%. ومن الناحية العملية، اتضح أن التفاعل مع النيوترونات السريعة لا يمكن الحفاظ عليه إلا في خليط مخصب يحتوي على 15% على الأقل من نظير 235 U.
يمكن تخصيب خليط طبيعي من نظائر اليورانيوم بنظير 235 يو. والتخصيب عملية معقدة ومكلفة نظرا لأن الخواص الكيميائية لكلا النظيرين متماثلة تقريبا. ومن الضروري الاستفادة من الاختلافات الصغيرة في معدلات التفاعلات الكيميائية والانتشار وما إلى ذلك، والتي تنشأ بسبب الاختلافات في كتل النظائر. يتم تنفيذ التفاعل المتسلسل مع 235 U دائمًا تقريبًا في بيئة ذات محتوى عالٍ من 238 U. غالبًا ما يتم استخدام خليط طبيعي من النظائر، حيث η = 1.32 في منطقة النيوترونات الحرارية، نظرًا لأن 238 U مفيد أيضًا. ينشطر النظير 238 U بواسطة النيوترونات التي تزيد طاقتها عن 1 MeV. وينتج عن هذا الانشطار تكاثر إضافي صغير للنيوترونات.
دعونا نقارن التفاعلات الانشطارية المتسلسلة مع النيوترونات الحرارية والسريعة.
بالنسبة للنيوترونات الحرارية، تكون المقاطع العرضية للالتقاط كبيرة وتختلف بشكل كبير عند المرور من نواة إلى أخرى. على نوى بعض العناصر (على سبيل المثال، الكادميوم)، تكون هذه المقاطع العرضية أعلى بمئات المرات أو أكثر من المقاطع العرضية الموجودة في 235 يو. لذلك، يتم فرض متطلبات عالية النقاء على قلب المنشآت النيوترونية الحرارية فيما يتعلق ببعض الشوائب.
بالنسبة للنيوترونات السريعة، تكون جميع المقاطع العرضية الملتقطة صغيرة ولا تختلف كثيرًا عن بعضها البعض، لذلك لا تنشأ مشكلة النقاء العالي للمواد. ميزة أخرى للتفاعلات السريعة هي ارتفاع معدل التكاثر.
من الخصائص المميزة المهمة للتفاعلات الحرارية أن الوقود في القلب يكون مخففًا بشكل أكبر، أي أنه لكل نواة وقود يوجد عدد أكبر بكثير من النوى التي لا تشارك في الانشطار مقارنة بالتفاعل السريع. على سبيل المثال، في التفاعل الحراري على اليورانيوم الطبيعي، هناك 140 نواة من مادة خام 238 يو لكل نواة وقود 235 يو، وفي التفاعل السريع، لا يمكن أن يكون هناك أكثر من خمسة إلى ستة نواة 238 يو لكل 235 نواة يو يؤدي تخفيف الوقود في التفاعل الحراري إلى حقيقة إطلاق نفس الطاقة في التفاعل الحراري في حجم أكبر بكثير من المادة مقارنة بالتفاعل السريع. وبالتالي، فمن الأسهل إزالة الحرارة من المنطقة النشطة للتفاعل الحراري، مما يسمح بإجراء هذا التفاعل بكثافة أكبر من التفاعل السريع.
إن عمر جيل واحد من النيوترونات في حالة التفاعل السريع هو أقصر بعدة مرات من التفاعل الحراري. ولذلك فإن معدل التفاعل السريع يمكن أن يتغير بشكل ملحوظ خلال فترة زمنية قصيرة جدًا بعد تغير الظروف الفيزيائية في القلب. أثناء التشغيل العادي للمفاعل، يكون هذا التأثير غير مهم، لأنه في هذه الحالة يتم تحديد وضع التشغيل من خلال عمر النيوترونات المؤجلة وليس الفورية.
في وسط متجانس يتكون فقط من نظائر انشطارية من نوع واحد، سيكون عامل الضرب مساويا لـ η. ومع ذلك، في المواقف الحقيقية، بالإضافة إلى النوى الانشطارية، هناك دائمًا نوى أخرى غير قابلة للانشطار. سوف تلتقط هذه النوى الدخيلة النيوترونات وبالتالي تؤثر على عامل الضرب. ويترتب على ذلك أن الكمية الثالثة التي تحدد المعاملات k ∞ , k هي احتمال عدم التقاط النيوترون بواسطة إحدى النوى غير الانشطارية. في المنشآت الحقيقية، يحدث الالتقاط "الأجنبي" على النوى الوسيطة، وعلى نوى العناصر الهيكلية المختلفة، وكذلك على نوى منتجات الانشطار ومنتجات الالتقاط.
لإجراء تفاعل متسلسل مع النيوترونات البطيئة، يتم إدخال مواد خاصة في النواة - المشرفين، الذين يحولون النيوترونات الانشطارية إلى نيوترونات حرارية. ومن الناحية العملية، يتم تنفيذ تفاعل سلسلة النيوترونات البطيئة على اليورانيوم الطبيعي أو المخصب قليلاً بنظير 235 يو. إن وجود كمية كبيرة من نظير 238 U في القلب يعقد عملية الاعتدال ويجعل من الضروري وضع متطلبات عالية على جودة الوسيط. يمكن تقسيم حياة جيل واحد من النيوترونات في النواة مع وسيط تقريبًا إلى مرحلتين: اعتدال الطاقات الحرارية والانتشار. المعدلات الحرارية قبل الامتصاص. لكي يكون لدى غالبية النيوترونات الوقت الكافي للتباطؤ دون امتصاص، يجب استيفاء الشرط
حيث σ التحكم، σ الالتقاط هي المقاطع العرضية ذات متوسط الطاقة للتشتت والالتقاط المرن، على التوالي، و n هو عدد تصادمات النيوترونات مع نوى الوسيط المطلوبة لتحقيق الطاقة الحرارية. يزداد العدد n بسرعة مع زيادة العدد الكتلي للوسيط. بالنسبة لليورانيوم 238 U، فإن الرقم n يصل إلى عدة آلاف. والنسبة σ التحكم /σ الالتقاط لهذا النظير، حتى في منطقة الطاقة المواتية نسبيًا للنيوترونات السريعة، لا تتجاوز 50. تعتبر منطقة الرنين المزعومة من 1 كيلو فولت إلى 1 فولت "خطيرة" بشكل خاص فيما يتعلق بأسر النيوترونات. . في هذه المنطقة، يحتوي المقطع العرضي الإجمالي لتفاعل النيوترون مع 238 نواة U على عدد كبير من الرنين الشديد (الشكل 2). في الطاقات المنخفضة، يتجاوز عرض الإشعاع عرض النيوترونات. لذلك، في منطقة الرنين، تصبح نسبة σ التحكم/σ الالتقاط أقل من الوحدة. وهذا يعني أنه عندما يدخل نيوترون إلى منطقة أحد الرنينات، فإنه يتم امتصاصه باحتمالية تقارب مائة بالمائة. وبما أن التباطؤ في نواة أثقل مثل اليورانيوم يحدث في "خطوات صغيرة"، فعند المرور عبر منطقة الرنين، فإن النيوترون المتباطئ سوف "يصطدم" بالتأكيد بأحد الرنين ويتم امتصاصه. ويترتب على ذلك أنه لا يمكن إجراء تفاعل متسلسل على اليورانيوم الطبيعي بدون شوائب أجنبية: على النيوترونات السريعة لا يحدث التفاعل بسبب صغر المعامل η، ولا يمكن تشكيل النيوترونات البطيئة لتجنب التقاط النيوترونات الرنانة من الضروري استخدام نوى خفيفة جدًا لإبطائها، حيث يحدث التباطؤ في "خطوات كبيرة"، مما يزيد بشكل حاد من احتمال "تخطي" النيوترون بنجاح عبر منطقة الطاقة الرنانة. أفضل العناصر المعتدلة هي الهيدروجين والديوتيريوم والبريليوم والكربون. لذلك، يتم تقليل المشرفين المستخدمة في الممارسة العملية بشكل أساسي إلى الماء الثقيل، والبريليوم، وأكسيد البريليوم، والجرافيت، وكذلك الماء العادي، الذي يبطئ النيوترونات ليس أسوأ من الماء الثقيل، ولكنه يمتصها بكميات أكبر بكثير. يجب تنظيف المثبط جيدًا. لاحظ أنه لإجراء تفاعل بطيء، يجب أن يكون الوسيط أكبر بعشرات أو حتى مئات المرات من اليورانيوم من أجل منع الاصطدامات الرنانة للنيوترونات مع نواة 238 U.
يمكن وصف خصائص الاعتدال للوسط النشط تقريبًا بثلاث كميات: احتمال تجنب النيوترون الامتصاص بواسطة وسيط أثناء الاعتدال، واحتمال p لتجنب التقاط الرنين بواسطة 238 نواة U، واحتمال امتصاص نيوترون حراري. بواسطة نواة الوقود بدلا من الوسيط. تسمى القيمة f عادةً بمعامل الاستخدام الحراري. الحساب الدقيق لهذه الكميات أمر صعب. عادة، يتم استخدام الصيغ شبه التجريبية التقريبية لحسابها.
لا تعتمد قيم p و f على الكمية النسبية للمشرف فحسب، بل تعتمد أيضًا على هندسة موضعه في القلب. تسمى المنطقة النشطة، التي تتكون من خليط متجانس من اليورانيوم والوسيط، متجانسة، ويسمى نظام كتلها المتناوبة من اليورانيوم والوسيط غير متجانسة (الشكل 4). يتميز النظام غير المتجانس نوعيًا بحقيقة أن النيوترون السريع المتكون في اليورانيوم قادر على الدخول إلى الوسيط دون الوصول إلى طاقات الرنين. مزيد من التباطؤ يحدث في وسيط نقي. وهذا يزيد من احتمالية تجنب التقاط الرنين
ع هيت > ص هوم.
من ناحية أخرى، على العكس من ذلك، بعد أن أصبح النيوترون حراريًا في الوسيط، يجب عليه، من أجل المشاركة في التفاعل المتسلسل، أن ينتشر، دون أن يتم امتصاصه في الوسيط النقي، إلى حدوده. لذلك، يكون عامل الاستخدام الحراري f في بيئة غير متجانسة أقل منه في بيئة متجانسة:
و الحصول على< f гом.
لتقدير عامل الضرب k ∞ لمفاعل حراري، تقريبي صيغة العوامل الأربعة
| ك∞ = η pfε . | (11) |
لقد نظرنا بالفعل في العوامل الثلاثة الأولى في وقت سابق. تسمى الكمية ε عامل تكاثر النيوترونات السريعة
. تم تقديم هذا المعامل لمراعاة أن بعض النيوترونات السريعة يمكن أن تنشطر دون أن يكون لديها وقت لإبطاء سرعتها. وفي معناه، فإن المعامل ε يتجاوز دائمًا الواحد. لكن هذا الفائض عادة ما يكون صغيرا. النموذجي للتفاعلات الحرارية هو القيمة ε = 1.03. بالنسبة للتفاعلات السريعة، لا تنطبق صيغة العوامل الأربعة، حيث أن كل معامل يعتمد على الطاقة وانتشار الطاقة في التفاعلات السريعة كبير جدًا.
نظرًا لأن قيمة η يتم تحديدها حسب نوع الوقود، وقيمة ε للتفاعلات البطيئة لا تختلف تقريبًا عن الوحدة، يتم تحديد جودة وسط نشط معين بواسطة المنتج pf. وبالتالي، فإن ميزة الوسط غير المتجانس على الوسط المتجانس تتجلى كميًا في حقيقة أنه، على سبيل المثال، في نظام يوجد فيه 215 نواة جرافيت لكل نواة يورانيوم طبيعي، فإن ناتج pf يساوي 0.823 للوسط غير المتجانس و 0.595 لواحد متجانس. وبما أن الخليط الطبيعي η = 1.34، نحصل على ذلك للوسط غير المتجانس k ∞ > 1، وللوسط المتجانس k ∞< 1.
من أجل التنفيذ العملي للتفاعل المتسلسل الثابت، يجب أن يكون المرء قادرًا على التحكم في هذا التفاعل. تم تبسيط هذا التحكم إلى حد كبير بسبب انبعاث النيوترونات المتأخرة أثناء الانشطار. تهرب الغالبية العظمى من النيوترونات من النواة على الفور تقريبًا (أي في وقت أقصر بعدة مرات من عمر جيل من النيوترونات في النواة)، لكن عدة أعشار في المائة من النيوترونات تتأخر وتهرب من النواة. نوى الشظايا بعد فترة زمنية كبيرة إلى حد ما - من كسور الثواني إلى عدة وحتى عشرات الثواني. يمكن تفسير تأثير النيوترونات المتأخرة نوعياً على النحو التالي. دع عامل الضرب يزداد على الفور من قيمة دون الحرجة إلى قيمة فوق حرجة بحيث k< 1 при отсутствии
запаздывающих нейтронов. Тогда, очевидно, цепная реакция начнется не сразу, а
лишь после вылета запаздывающих нейтронов. Тем самым процесс течения реакции
будет регулируемым, если время срабатывания регулирующих устройств будет меньше
сравнительно большого времени задержки запаздывающих нейтронов, а не очень
малого времени развития цепной реакции. Доля запаздывающих нейтронов в ядерных
горючих колеблется от 0.2 до 0.7%. Среднее время жизни запаздывающих нейтронов
составляет приблизительно 10 с. При небольшой степени надкритичности скорость
нарастания интенсивности цепной реакции определяется только запаздывающими
нейтронами.
إن احتجاز النيوترونات بواسطة النوى غير المشاركة في التفاعل المتسلسل يقلل من شدة التفاعل، ولكنه يمكن أن يكون مفيدًا فيما يتعلق بتكوين نظائر انشطارية جديدة. وهكذا، عندما يتم امتصاص النيوترونات من نظائر اليورانيوم 238 U والثوريوم 232 Th، يتم تشكيل نظائر البلوتونيوم 239 Pu واليورانيوم 233 U (من خلال اضمحلال بيتا المتتاليين)، وهي وقود نووي:
| , | (12) |
| . | (13) |
هذين التفاعلين يفتحان احتمالا حقيقيا استنساخ الوقود النووي أثناء التفاعل المتسلسل. في الحالة المثالية، أي في حالة عدم وجود خسائر غير ضرورية في النيوترونات، يمكن استخدام نيوترون واحد في المتوسط للتكاثر لكل عملية امتصاص للنيوترون بواسطة نواة الوقود.
المفاعلات النووية (النووية).
المفاعل هو جهاز يتم فيه الحفاظ على التفاعل المتسلسل الانشطاري المتحكم فيه. عندما يعمل المفاعل، يتم إطلاق الحرارة بسبب الطبيعة الطاردة للحرارة لتفاعل الانشطار. السمة الرئيسية للمفاعل هي قوته - كمية الطاقة الحرارية المنبعثة لكل وحدة زمنية. يتم قياس قوة المفاعل بالميغاواط (10 6 واط). وتقابل قدرة 1 ميجاوات تفاعلًا متسلسلًا يحدث فيه 3·1016 حدث انشطار في الثانية. هناك عدد كبير من أنواع المفاعلات المختلفة. يظهر الشكل 1 أحد المخططات النموذجية للمفاعل الحراري. 5.
الجزء الرئيسي من المفاعل هو المنطقة النشطة التي يحدث فيها التفاعل وبالتالي يتم إطلاق الطاقة. في مفاعلات النيوترونات الحرارية والمتوسطة، يتكون القلب من وقود، عادةً ما يكون ممزوجًا بنظائر غير انشطارية (عادة 238 يو)، ووسيط. لا يوجد وسيط في قلب مفاعلات النيوترونات السريعة.
ويتراوح الحجم الأساسي من أعشار اللتر في بعض مفاعلات النيوترونات السريعة إلى عشرات الأمتار المكعبة في المفاعلات الحرارية الكبيرة. لتقليل تسرب النيوترونات، يُعطى اللب شكلًا كرويًا أو شبه كروي (على سبيل المثال، أسطوانة بارتفاع يساوي القطر تقريبًا، أو مكعب).
اعتمادا على الموقع النسبي للوقود والمهدئ، يتم تمييز المفاعلات المتجانسة وغير المتجانسة. مثال على المنطقة النشطة المتجانسة هو محلول ملح كبريتات اليورانيل وU2SO4 في الماء العادي أو الثقيل. المفاعلات غير المتجانسة هي الأكثر شيوعا. في المفاعلات غير المتجانسة، يتكون القلب من وسيط توضع فيه الأشرطة التي تحتوي على الوقود. وبما أن الطاقة يتم إطلاقها في هذه الأشرطة، فإنها تسمى عناصر الوقود
أو باختصار قضبان الوقود. غالبًا ما تكون المنطقة النشطة ذات العاكس محاطة بغلاف فولاذي.
- دور النيوترونات المتأخرة في التحكم في المفاعلات النووية
يحدث انشطار نواة اليورانيوم بالطريقة الآتية:أولاً، يصطدم النيوترون بالنواة، مثلما تصطدم الرصاصة بالتفاحة. في حالة التفاحة، فإن الرصاصة إما أن تحدث ثقبًا فيها أو تفجرها إلى قطع. عندما يدخل النيوترون إلى النواة، يتم أسره بواسطة القوى النووية. ومن المعروف أن النيوترون محايد، لذلك لا تصده القوى الكهروستاتيكية.
كيف يحدث انشطار نواة اليورانيوم؟
لذا، عند دخوله إلى النواة، يخل النيوترون بالتوازن، وتكون النواة متحمسة. ويمتد إلى الجانبين مثل الدمبل أو علامة اللانهاية: ∞ . القوى النووية، كما هو معروف، تعمل على مسافة تتناسب مع حجم الجزيئات. عندما يتم شد النواة، يصبح تأثير القوى النووية ضئيلًا بالنسبة للجزيئات الخارجية لـ "الدمبل"، بينما تعمل القوى الكهربائية بقوة شديدة على هذه المسافة، وتتمزق النواة ببساطة إلى جزأين. في هذه الحالة، ينبعث نيوترونان أو ثلاثة نيوترونات أخرى.
تتناثر شظايا النواة والنيوترونات المنبعثة بسرعة كبيرة في اتجاهات مختلفة. تتباطأ هذه الشظايا بسرعة كبيرة بسبب البيئة، لكن طاقتها الحركية هائلة. يتم تحويلها إلى طاقة داخلية للبيئة، والتي تسخن. في هذه الحالة، كمية الطاقة المنطلقة هائلة. الطاقة التي يتم الحصول عليها من الانشطار الكامل لجرام واحد من اليورانيوم تعادل تقريبًا الطاقة التي يتم الحصول عليها من حرق 2.5 طن من النفط.
التفاعل المتسلسل لانشطار عدة نوى
نظرنا إلى انشطار نواة يورانيوم واحدة. أثناء الانشطار، يتم إطلاق عدة نيوترونات (عادةً اثنين أو ثلاثة). إنها تطير بعيدًا بسرعة كبيرة ويمكنها بسهولة الوصول إلى نوى الذرات الأخرى، مما يسبب تفاعل انشطاري فيها. هذا هو رد الفعل المتسلسل.
أي أن النيوترونات التي تم الحصول عليها نتيجة الانشطار النووي تثير وتجبر النوى الأخرى على الانشطار، والتي بدورها تنبعث منها نيوترونات، والتي تستمر في تحفيز المزيد من الانشطار. وهكذا حتى يحدث انشطار جميع نوى اليورانيوم الموجودة في المنطقة المجاورة مباشرة.
في هذه الحالة، يمكن أن يحدث تفاعل متسلسل مثل الانهيار الجليديعلى سبيل المثال، في حالة انفجار قنبلة ذرية. يزداد عدد الانشطارات النووية بشكل كبير خلال فترة زمنية قصيرة. ومع ذلك، يمكن أن يحدث تفاعل متسلسل أيضًا مع التوهين.
والحقيقة هي أنه ليس كل النيوترونات تلتقي بالنوى في طريقها، مما يؤدي إلى انشطارها. كما نتذكر، داخل المادة الحجم الرئيسي يشغله الفراغ بين الجزيئات. ولذلك، فإن بعض النيوترونات تطير عبر جميع المواد دون أن تصطدم بأي شيء على طول الطريق. وإذا انخفض عدد الانشطارات النووية بمرور الوقت، فإن التفاعل يتلاشى تدريجيًا.
التفاعلات النووية والكتلة الحرجة لليورانيوم
ما الذي يحدد نوع التفاعل؟من كتلة اليورانيوم. كلما زادت الكتلة، زاد عدد الجسيمات التي سيلتقي بها النيوترون الطائر في طريقه، وزادت فرصة دخوله إلى النواة. لذلك، يتم تمييز "الكتلة الحرجة" لليورانيوم - وهذا هو الحد الأدنى للكتلة التي يمكن عندها حدوث تفاعل متسلسل.
سيكون عدد النيوترونات المنتجة مساوياً لعدد النيوترونات التي تطير. وسيستمر التفاعل بنفس السرعة تقريبًا حتى يتم إنتاج الحجم الكامل للمادة. يُستخدم هذا عمليًا في محطات الطاقة النووية ويسمى التفاعل النووي الخاضع للرقابة.
رسم تخطيطي للقنبلة النووية
التفاعل المتسلسل الانشطاري
يمكن للنيوترونات الثانوية المنبعثة أثناء الانشطار النووي (2.5 لكل فعل انشطار) أن تسبب أعمال انشطار جديدة، مما يجعل التفاعل المتسلسل ممكنًا. ويتميز التفاعل المتسلسل الانشطاري بعامل تكاثر النيوترونات K، وهو يساوي نسبة عدد النيوترونات في جيل معين إلى عددها في الجيل السابق. الشرط الضروري لتطوير التفاعل المتسلسل الانشطاري هو. مع أقل، رد الفعل مستحيل. عندما يحدث التفاعل عند عدد ثابت من النيوترونات (طاقة ثابتة من الطاقة المتحررة). وهذا رد فعل ذاتي الاكتفاء. في - رد فعل مثبط. ويعتمد عامل الضرب على طبيعة المادة الانشطارية وحجم النواة وشكلها. يُطلق على الحد الأدنى من كتلة المواد الانشطارية اللازمة لإجراء تفاعل متسلسل اسم "حرج". بالنسبة للكتلة الحرجة 9 كجم، في حين أن نصف قطر كرة اليورانيوم 4 سم.
ردود الفعل المتسلسلة يمكن السيطرة عليها أو لا يمكن السيطرة عليها. يعد انفجار القنبلة الذرية مثالاً على رد الفعل غير المنضبط. تتكون الشحنة النووية لمثل هذه القنبلة من قطعتين أو أكثر شبه نقية أو. كتلة كل قطعة أقل من الحرجة، لذلك لا يحدث تفاعل متسلسل. ولذلك، لكي يحدث الانفجار، يكفي دمج هذه الأجزاء في قطعة واحدة، بكتلة أكبر من الكتلة الحرجة. يجب أن يتم ذلك بسرعة كبيرة ويجب أن يكون اتصال القطع محكمًا للغاية. وإلا فإن الشحنة النووية سوف تتطاير قبل أن يكون لديها الوقت للرد. يتم استخدام متفجرة عادية للاتصال. تعمل القشرة بمثابة عاكس للنيوترونات، وبالإضافة إلى ذلك، تحافظ على الشحنة النووية من التناثر حتى يطلق الحد الأقصى لعدد النوى كل الطاقة أثناء الانشطار. يتم التفاعل المتسلسل في القنبلة الذرية بواسطة النيوترونات السريعة. أثناء الانفجار، فقط جزء من نيوترونات الشحنة النووية لديه الوقت للرد. يؤدي التفاعل المتسلسل إلى إطلاق طاقة هائلة. درجة الحرارة التي تتطور تصل إلى درجات. كانت القوة التدميرية للقنبلة التي أسقطها الأمريكيون على هيروشيما تعادل انفجار 20 ألف طن من ثلاثي نيتروتولوين. قوة السلاح الجديد أكبر بمئات المرات من قوة السلاح الأول. إذا أضفنا إلى ذلك أن الانفجار الذري ينتج عددًا كبيرًا من الشظايا الانشطارية، بما في ذلك الشظايا طويلة العمر، يصبح من الواضح مدى الخطر الرهيب الذي تشكله هذه الأسلحة على البشرية.
ومن خلال تغيير عامل تكاثر النيوترونات، يمكن تحقيق تفاعل متسلسل متحكم فيه. يسمى الجهاز الذي يحدث فيه التفاعل المتحكم به بالمفاعل النووي. والمواد الانشطارية هي اليورانيوم الطبيعي أو المخصب. ولمنع الالتقاط الإشعاعي للنيوترونات بواسطة نوى اليورانيوم، يتم وضع كتل صغيرة نسبيًا من المواد الانشطارية على مسافة معينة من بعضها البعض، ويتم ملء الفجوات بمادة تهدئ النيوترونات (المهدئ). يتم إبطاء النيوترونات عن طريق التشتت المرن. في هذه الحالة، تعتمد الطاقة المفقودة بسبب تباطؤ الجسيم على نسبة كتل الجزيئات المتصادمة. يتم فقدان الحد الأقصى من الطاقة إذا كانت الجزيئات لها نفس الكتلة. يستوفي الديوتيريوم والجرافيت والبريليوم هذا الشرط. تم إطلاق أول مفاعل لليورانيوم والجرافيت عام 1942 في جامعة شيكاغو تحت قيادة عالم الفيزياء الإيطالي المتميز فيرمي. لشرح مبدأ تشغيل المفاعل، ضع في اعتبارك مخططًا نموذجيًا لمفاعل نيوتروني حراري في الشكل 1.
 رسم بياني 1. |
يوجد في قلب المفاعل عنصر الوقود 1 والمهدئ 2، الذي يبطئ النيوترونات إلى سرعات حرارية. عناصر الوقود (قضبان الوقود) عبارة عن كتل من المواد الانشطارية محاطة بغلاف محكم الغلق يمتص النيوترونات بشكل ضعيف. بسبب الطاقة المنبعثة أثناء الانشطار النووي، يتم تسخين عناصر الوقود، وبالتالي، للتبريد، يتم وضعها في تدفق المبرد (3-5 - قناة المبرد). النواة محاطة بعاكس يقلل من تسرب النيوترونات. يتم التحكم في التفاعل المتسلسل بواسطة قضبان تحكم خاصة مصنوعة من مواد تمتص النيوترونات بقوة. يتم حساب معلمات المفاعل بحيث أنه عند إدخال القضبان بالكامل، لا يحدث التفاعل بالتأكيد. ومع إزالة القضبان تدريجيًا، يزداد عامل تكاثر النيوترونات ويصل إلى الوحدة عند موضع معين. في هذه اللحظة يبدأ المفاعل في العمل. ومع تشغيل المفاعل، تقل كمية المواد الانشطارية في قلب المفاعل، ويصبح ملوثًا بالشظايا الانشطارية، والتي قد تحتوي على ماصات نيوترونية قوية. ولمنع توقف التفاعل، تتم إزالة قضبان التحكم تدريجيًا من القلب باستخدام جهاز أوتوماتيكي. مثل هذا التحكم في التفاعلات ممكن بسبب وجود النيوترونات المتأخرة المنبعثة من النوى الانشطارية مع تأخير يصل إلى دقيقة واحدة. وعندما يحترق الوقود النووي يتوقف التفاعل. وقبل إعادة تشغيل المفاعل، تتم إزالة الوقود النووي المحترق ويتم تحميل وقود جديد. يحتوي المفاعل أيضًا على قضبان طوارئ، والتي يؤدي إدخالها إلى إيقاف التفاعل على الفور. يعد المفاعل النووي مصدرًا قويًا للإشعاع المخترق، وهو أعلى تقريبًا من المعايير الصحية. لذلك، يتمتع أي مفاعل بحماية بيولوجية - نظام من الشاشات المصنوعة من مواد واقية (على سبيل المثال، الخرسانة والرصاص والماء) - يقع خلف عاكسه، وجهاز تحكم عن بعد.
لأول مرة تم استخدام الطاقة النووية للأغراض السلمية في الاتحاد السوفياتي. في أوبنينسك في عام 1954، تحت قيادة كورشاتوف، تم تشغيل أول محطة للطاقة النووية بسعة 5 ميجاوات.
ومع ذلك، يمكن لمفاعلات النيوترونات الحرارية لليورانيوم أن تحل مشكلة إمدادات الطاقة على نطاق محدود، والذي يتحدد بكمية اليورانيوم.
إن الطريقة الواعدة لتطوير الطاقة النووية هي تطوير مفاعلات النيوترونات السريعة، أو ما يسمى بالمفاعلات المولدة. وينتج مثل هذا المفاعل وقودا نوويا أكثر مما يستهلك. يستمر التفاعل مع النيوترونات السريعة، لذلك ليس فقط ولكن يمكنه أيضًا المشاركة فيه، والذي يتحول إلى. ويمكن فصل الأخير كيميائيا عن. وتسمى هذه العملية تربية الوقود النووي. وفي مفاعلات التوليد الخاصة، يتجاوز عامل استنباط الوقود النووي الواحد. جوهر المربيين هو سبيكة من اليورانيوم المخصب بالنظائر مع معدن ثقيل يمتص القليل من النيوترونات. لا تحتوي مفاعلات المولد على وسيط. التحكم في مثل هذه المفاعلات عن طريق تحريك العاكس أو تغيير كتلة المادة الانشطارية.
معادلة التفاعل المتسلسل. تصنيف الخلايا العصبية
جهاز ومبدأ تشغيل عداد تفريغ الغاز
هيكل ومبدأ تشغيل غرفة التأين
اعتمادًا على الجهد المتوفر، يمكن أن يعمل الكاشف في غرفة التأين والعداد النسبي وأوضاع عداد جيجر-مولر.
أبسط كاشف التأين هو غرفة التأين وهو مكثف يتكون من لوحين متوازيين يمتلئ الفراغ بينهما بالهواء أو الغاز. يتم تطبيق جهد يبلغ حوالي 100 فولت على الأقطاب الكهربائية، وهو ما يتوافق مع قسم واحد من خاصية الجهد الحالي. في غياب الإشعاع المؤين، تكون الفجوة بين الأقطاب الكهربائية عازلة ولا يوجد تيار في الدائرة.
عند التعرض للإشعاع المؤين بين الأقطاب الكهربائية، تتأين جزيئات وذرات الغاز وتتشكل الأيونات الموجبة والسالبة. تتحرك الأيونات السالبة نحو القطب الموجب، والأيونات الموجبة بالعكس. ينشأ تيار في الدائرة. يتم تحديد الجهد بين الأقطاب الكهربائية بحيث تصل جميع الأيونات المتكونة إلى الأقطاب الكهربائية دون أن يكون لها وقت لإعادة توحيدها، ولكن أيضًا لا تتسارع إلى الحد الذي يسبب التأين الثانوي.
غرف التأين سهلة التشغيل وتتميز بكفاءة التسجيل العالية ولكن عيوبها هي الحساسية المنخفضة. يجب أن يكون الجهد الذي يتم توفيره لأقطاب غرفة التأين حوالي 100 فولت.
مقياس تفريغ الغازعبارة عن أسطوانة معدنية أو زجاجية، سطحها الداخلي مطلي بطبقة من المعدن، وهو الكاثود. يتم تمديد خيط معدني رفيع يبلغ قطره حوالي 100 ميكرون، وهو الأنود، على طول محور الأسطوانة.
تعمل العدادات التناسبية عند الفولتية المقابلة للقسم 2 من خاصية الجهد الحالي. عند جهد 100-1000 فولت، يتم إنشاء قوة مجال كهربائي عالية بين الأقطاب الكهربائية والأيونات الأولية الناتجة تخلق تأينًا ثانويًا لذرات الغاز وجزيئاته. في مثل هذه العدادات، تعتمد القيمة الحالية على مستوى الإشعاع المؤين.
تعمل عدادات جيجر مولر في القسم الثالث من خاصية الجهد الحالي عند الفولتية التي تتجاوز 1000 فولت. تحت تأثير الإشعاع المؤين، تتشكل الأيونات الموجبة والإلكترونات السالبة في الفراغ بين الأقطاب الكهربائية، والتي تتشكل عند التحرك نحو الأنود التأين الثانوي. ونظرًا لشدة المجال الكهربائي العالية بالقرب من الأنود، والمرتبطة بمساحته الصغيرة، يتم تسريع الإلكترونات الثانوية بدرجة كبيرة بحيث تعيد تأين الغاز. يزداد عدد الإلكترونات مثل الانهيار الجليدي، ويحدث تفريغ هالة، والذي يعمل بعد توقف الإشعاعات المؤينة. يتم إنهاء الشحن عن طريق تشغيل مقاومة كبيرة تبلغ 1 ميجا أوم.
تتميز عدادات جيجر مولر بكفاءة تسجيل عالية وسعة إشارة كبيرة (حوالي 40 فولت). العيوب: دقة منخفضة ووقت تعافي طويل.
معادلة التفاعل المتسلسل:
حيث K هو عدد النيوترونات الثانوية (2-3)؛ ف – الطاقة الحرارية
التفاعل النووي المتسلسلهو أنه تحت تأثير النيوترونات، تتحلل نواة ذرة اليورانيوم إلى نوى أخف تسمى شظايا الانشطار . في هذه الحالة، النيوترونات الثانوية ويتم إطلاق الطاقة الحرارية. وتؤدي النيوترونات الثانوية التي تؤثر مرة أخرى على نوى اليورانيوم إلى انشطارها مع تكوين نيوترونات جديدة وإطلاق الطاقة. تتكرر العملية وتتطور مثل الانهيار الجليدي ويمكن أن تؤدي إلى انفجار نووي.
ومع ذلك، فإن هذا التمثيل للتفاعل النووي مثالي، لأنه ونتيجة لالتقاط النيوترونات بواسطة الشوائب وهروب النيوترونات من المنطقة النشطة، قد يضمحل التفاعل النووي.
لتوصيف العمليات التي تحدث في التفاعل النووي، تم تقديم هذا المفهوم عامل الضرب K وهي تساوي نسبة عدد النيوترونات في وقت معين إلى عدد النيوترونات في الوقت السابق.
K > 1 التفاعل النووي يتزايد وقد يؤدي إلى انفجار
ل< 1 Ядерная реакция затухает
K = 1 يستمر التفاعل النووي بثبات
تصنيف النيوترونات حسب طاقتها:
شروط التفاعل النووي:
1) يجب تنظيف اليورانيوم من الشوائب ومنتجات التحلل؛
2) في التفاعل النيوتروني المتسلسل السريع لا بد من تخصيب اليورانيوم الطبيعي حيث يتراوح تركيزه من 0.7% إلى تركيز 15%.
3) في التفاعل المتسلسل مع النيوترونات الحرارية، من الضروري تجنب أسر النيوترون الرنيني بواسطة اليورانيوم 238. ولهذا الغرض، يتم استخدام المشرفين المصنوعين من الجرافيت.
4) يجب أن يكون نظام الوقود النووي والمهدئ بالتناوب، أي. غير متجانسة.
5) يجب أن يكون النظام كرويًا؛
6) لإجراء تفاعل نووي يجب أن تكون هناك كمية كافية من الوقود النووي. تسمى القيمة الدنيا للوقود النووي الذي لا يزال يحدث عنده تفاعل نووي بالكتلة الحرجة.