ปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุม

หากปฏิกิริยาลูกโซ่ถูกจำกัดในการพัฒนาจนจำนวนนิวตรอนที่ผลิตได้ต่อหน่วยเวลา เมื่อถึงค่าที่มากค่าหนึ่งแล้วหยุดเพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันยั่งยืนในตัวเองที่เกิดขึ้นอย่างสงบก็จะเกิดขึ้น จะสามารถควบคุมปฏิกิริยาได้ก็ต่อเมื่อปรากฎว่าสามารถควบคุมค่าสัมประสิทธิ์การคูณนิวตรอนได้อย่างช้าๆ และราบรื่นเพียงพอ และเพื่อให้ระบบเหมาะสมที่สุด keff ควรเกินเอกภาพเพียง 0.5%

นักฟิสิกส์โซเวียต Ya.B. เซลโดวิช และ ยู.บี. Khariton ในทางทฤษฎีแสดงให้เห็น (1939) ว่าปฏิกิริยาลูกโซ่แบบควบคุมสามารถทำได้กับยูเรเนียมธรรมชาติ สำหรับการพัฒนากระบวนการลูกโซ่ในยูเรเนียมธรรมชาติ นิวตรอนจะต้องถูกชะลอความเร็วลงจนถึงความเร็วความร้อน เนื่องจากในกรณีนี้ ความน่าจะเป็นที่นิวเคลียสของ U จะจับตัวไว้และเกิดฟิชชันตามมาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อจุดประสงค์นี้มีการใช้สารพิเศษ -.

ผู้ชะลอ การควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ที่อยู่นิ่ง (k eff =1) ทำได้ง่ายขึ้นอย่างมากเนื่องจากมีอยู่นิวตรอนล่าช้า<< 1) определятся только запаздывающими нейтронами:

(ดูข้อ 3.6) ปรากฎว่าเวลาของปฏิกิริยา "ความเร่ง" T (เวลาที่จำนวนฟิชชันเพิ่มขึ้น e”2.71 เท่า) ที่ระดับวิกฤตยิ่งยวดต่ำ (k eff – 1

T = t ×b / (k เอฟเฟ็กต์ - 1)

โดยที่ t z คืออายุการใช้งานเฉลี่ยของนิวตรอนล่าช้า (t z ~14.4 วินาที)

b คือเศษส่วนของนิวตรอนล่าช้า (b ~ 0.68% สำหรับ U)

เนื่องจากค่า t × b อยู่ในลำดับ ~ 5 × 10 -2 วินาที ความเข้มของปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นค่อนข้างช้า และปฏิกิริยาได้รับการควบคุมอย่างดี สามารถควบคุมค่าของ keff ได้โดยการนำสารแกนกลางที่ดูดซับนิวตรอนอย่างรุนแรงเข้าสู่สารหลักโดยอัตโนมัติ -

ตัวดูดซับ

12.3.1. เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

อุปกรณ์ที่ใช้ดำเนินการและบำรุงรักษาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันแบบอยู่กับที่ เรียกว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือหม้อต้มอะตอม

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นภายใต้การนำของ E. Fermi เมื่อปลายปี พ.ศ. 2485 (สหรัฐอเมริกา) เครื่องปฏิกรณ์ยุโรปเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2489 ในกรุงมอสโกภายใต้การนำของ I.V.

ปัจจุบันมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หลายประเภทที่ทำงานอยู่ประมาณพันเครื่องในโลก ซึ่งประกอบด้วย:

· ตามหลักการทำงาน (เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้นิวตรอนความร้อน เร็ว ฯลฯ)

· ตามประเภทของตัวหน่วง (น้ำหนัก, กราไฟท์ ฯลฯ );

· ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้ (การวิจัย การแพทย์ พลังงาน เพื่อการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ฯลฯ)

ส่วนหลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (ดูรูปที่ 4.5) ได้แก่:

· โซนแอคทีฟ (1) ซึ่งเป็นที่ตั้งของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันเกิดขึ้น และพลังงานถูกปล่อยออกมา

· ตัวสะท้อนนิวตรอน (2) รอบๆ แกนกลาง

· ระบบควบคุมกระบวนการลูกโซ่ในรูปของแท่งดูดซับนิวตรอน (3)

· การป้องกันรังสี (4) จากรังสี;

· น้ำยาหล่อเย็น (5)

ใน เป็นเนื้อเดียวกันในเครื่องปฏิกรณ์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์และตัวหน่วงจะถูกผสมเพื่อสร้างเป็นส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เช่น เกลือแอกทินูเรเนียมและน้ำหนัก) ใน ต่างกันเครื่องปฏิกรณ์ (รูปที่ 4.6) วางเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไว้ในแกนกลางในรูปของแท่งเชื้อเพลิง ( องค์ประกอบเชื้อเพลิง) - แท่งบล็อก (1) ของหน้าตัดเล็ก ๆ ล้อมรอบด้วยเปลือกสุญญากาศที่ดูดซับนิวตรอนได้อ่อน มีตัวหน่วง (2) ระหว่างแท่งเชื้อเพลิง

นิวตรอนที่เกิดขึ้นในระหว่างการแตกตัวของนิวเคลียร์โดยไม่ต้องมีเวลาถูกดูดซับในแท่งเชื้อเพลิงจะเข้าสู่ตัวหน่วงซึ่งพวกมันจะสูญเสียพลังงานและชะลอความเร็วลงตามความเร็วความร้อน จากนั้นกลับเข้าไปในแท่งเชื้อเพลิงแท่งใดแท่งหนึ่ง นิวตรอนความร้อนมีความเป็นไปได้สูงที่จะถูกดูดซับโดยนิวเคลียสที่สามารถแบ่งตัวได้ (U, U, Pu) นิวตรอนเหล่านั้นที่นิวเคลียสของ U จับก็มีบทบาทเชิงบวกเช่นกัน โดยช่วยเติมเต็มการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในระดับหนึ่ง

ตัวหน่วงที่ดีคือนิวเคลียสเบา: ดิวทีเรียม, เบริลเลียม, คาร์บอน, ออกซิเจน ตัวหน่วงนิวตรอนที่ดีที่สุดคือการรวมกันของดิวเทอเรียมและออกซิเจน - หนักน้ำ- อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีราคาสูง คาร์บอนจึงมักถูกใช้ในรูปของสารบริสุทธิ์มาก กราไฟท์- นอกจากนี้ยังใช้เบริลเลียมและออกไซด์ด้วยองค์ประกอบเชื้อเพลิงและผู้หน่วงมักจะก่อตัวเป็นโครงตาข่ายปกติ (เช่น ยูเรเนียม-กราไฟต์)

เนื่องจากพลังงานฟิชชัน แท่งเชื้อเพลิงจึงร้อนขึ้น เพื่อระบายความร้อนจะวางอยู่ในกระแส สารหล่อเย็น(อากาศ, น้ำ, ไอน้ำ, He, CO 2 ฯลฯ)

เนื่องจากความจริงที่ว่านิวตรอนสูญเสียไปในตัวหน่วงเวลาและในนิวเคลียสของชิ้นส่วนฟิชชัน เครื่องปฏิกรณ์จะต้องมีขนาดวิกฤตยิ่งยวดและผลิตนิวตรอนส่วนเกิน การควบคุมกระบวนการลูกโซ่ (เช่น การกำจัดนิวตรอนส่วนเกิน) ดำเนินการโดยแท่งควบคุม (3) (ดูรูปที่ 4.5 หรือ 4.6) ที่ทำจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนอย่างรุนแรง (เหล็กโบรอน แคดเมียม)

พารามิเตอร์ของเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการคำนวณในลักษณะที่ว่าเมื่อแท่งดูดซับถูกสอดเข้าไปในแกนจนสุด ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้น

ด้วยการถอดแท่งออกทีละน้อย ตัวคูณนิวตรอนจะเพิ่มขึ้น และที่ตำแหน่งหนึ่ง keff ถึงเอกภาพ เครื่องปฏิกรณ์ก็เริ่มทำงาน การเคลื่อนที่ของแท่งโช้คจะดำเนินการจากแผงควบคุม การควบคุมทำได้ง่ายขึ้นเนื่องจากมีนิวตรอนล่าช้า ลักษณะสำคัญของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือกำลังของมัน กำลัง 1 MW สอดคล้องกับกระบวนการลูกโซ่ซึ่งมีเหตุการณ์ฟิชชัน 3 × 10 16 เกิดขึ้นต่อวินาที เครื่องปฏิกรณ์ก็มีภาวะฉุกเฉิน

แท่งซึ่งการแนะนำซึ่งเมื่อพลังของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันจะรีเซ็ตทันที ในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างค่อยเป็นค่อยไปการเผาไหม้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ , เศษฟิชชันสะสม, องค์ประกอบของทรานยูเรเนียมเกิดขึ้น การสะสมของชิ้นส่วนทำให้ k eff ลดลง กระบวนการนี้เรียกว่าพิษ เครื่องปฏิกรณ์ (หากชิ้นส่วนมีกัมมันตภาพรังสี) และตะกรัน

(หากชิ้นส่วนมีความเสถียร) เมื่อถูกพิษ k eff จะลดลง (13)% เพื่อให้แน่ใจว่าปฏิกิริยาไม่หยุด แท่งพิเศษ (ชดเชย) จะค่อยๆ ถูกนำออกจากแกนกลาง (โดยอัตโนมัติ) เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เผาไหม้จนหมด เชื้อเพลิงนั้นจะถูกกำจัดออก (หลังจากปฏิกิริยาหยุดลง) และเชื้อเพลิงใหม่จะถูกบรรจุเข้าไป ในบรรดาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์ บนนิวตรอนเร็ว -พ่อพันธุ์แม่พันธุ์

- ในนั้นการผลิตไฟฟ้าจะมาพร้อมกับการสร้างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทุติยภูมิ (พลูโตเนียม) เนื่องจากปฏิกิริยา (3.5) เนื่องจากไม่เพียงแต่ใช้ไอโซโทป U อย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึง U. ด้วย (ดู§3.6) สิ่งนี้ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาการจัดหาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้อย่างรุนแรง โดยทุกๆ 100 นิวเคลียสที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าว จะมีการผลิตนิวเคลียสใหม่ 150 นิวเคลียสที่สามารถเกิดฟิชชันได้ เทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วอยู่ในขั้นตอนของการค้นหาโซลูชันทางวิศวกรรมที่ดีที่สุด สถานีอุตสาหกรรมนำร่องแห่งแรกประเภทนี้ (Shevchenko) ใช้ในการผลิตไฟฟ้าและน้ำทะเลแยกเกลือ (ทะเลแคสเปียน)ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

- ลำดับของปฏิกิริยานิวเคลียร์เดี่ยว ซึ่งแต่ละลำดับเกิดจากอนุภาคที่ปรากฏเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในขั้นตอนก่อนหน้าของลำดับ ตัวอย่างของปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์คือปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของนิวเคลียสของธาตุหนัก ซึ่งเหตุการณ์ฟิชชันหลักจำนวนหนึ่งเริ่มต้นโดยนิวตรอนที่ได้จากฟิชชันของนิวเคลียสในรุ่นก่อนหน้า

1 / 3

ฟิสิกส์นิวเคลียร์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์

แรงนิวเคลียร์ พลังงานยึดเหนี่ยวของอนุภาคในนิวเคลียส ฟิชชันของนิวเคลียสยูเรเนียม ปฏิกิริยาลูกโซ่

ปฏิกิริยานิวเคลียร์

คำบรรยาย

กลไกการปลดปล่อยพลังงาน

การเปลี่ยนแปลงของสารจะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานอิสระก็ต่อเมื่อสารมีพลังงานสำรองเท่านั้น อย่างหลังหมายความว่าอนุภาคขนาดเล็กของสารอยู่ในสถานะที่มีพลังงานนิ่งมากกว่าสถานะอื่นที่เป็นไปได้ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองจะถูกป้องกันโดยอุปสรรคด้านพลังงานเสมอ เพื่อเอาชนะสิ่งที่อนุภาคขนาดเล็กจะต้องได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งจากภายนอก - พลังงานกระตุ้น ปฏิกิริยาคายพลังงานประกอบด้วยความจริงที่ว่าในการเปลี่ยนแปลงหลังจากการกระตุ้น พลังงานจะถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จำเป็นในการกระตุ้นกระบวนการ มีสองวิธีในการเอาชนะอุปสรรคด้านพลังงาน: เนื่องจากพลังงานจลน์ของอนุภาคที่ชนกัน หรือเนื่องจากพลังงานยึดเหนี่ยวของอนุภาคที่เชื่อมต่อกัน

หากเราคำนึงถึงขนาดมหภาคของการปล่อยพลังงาน อนุภาคของสสารทั้งหมดหรืออย่างน้อยบางส่วนจะต้องมีพลังงานจลน์ที่จำเป็นในการกระตุ้นปฏิกิริยา สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิของตัวกลางให้เป็นค่าที่พลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนเข้าใกล้ขีดจำกัดพลังงานที่จำกัดวิถีของกระบวนการ ในกรณีของการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุล กล่าวคือ ปฏิกิริยาเคมี การเพิ่มขึ้นดังกล่าวมักจะเป็นหลายร้อยเคลวิน แต่ในกรณีของปฏิกิริยานิวเคลียร์ จะมีค่าอย่างน้อย 10 7 K เนื่องจากมีความสูงที่สูงมากของอุปสรรคคูลอมบ์ของการชนนิวเคลียส การกระตุ้นความร้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์จะดำเนินการในทางปฏิบัติเฉพาะในระหว่างการสังเคราะห์นิวเคลียสที่เบาที่สุดเท่านั้น ซึ่งอุปสรรคของคูลอมบ์มีน้อยที่สุด (ฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์)

การกระตุ้นด้วยการรวมอนุภาคไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานจลน์ขนาดใหญ่ ดังนั้น จึงไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลาง เนื่องจากมันเกิดขึ้นเนื่องจากพันธะที่ไม่ได้ใช้ซึ่งมีอยู่ในแรงดึงดูดของอนุภาค แต่เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยา อนุภาคเองก็จำเป็น และถ้าเราหมายถึงไม่ใช่ปฏิกิริยาแยกกันอีกครั้ง แต่เป็นการผลิตพลังงานในระดับมหภาค สิ่งนี้จะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่เท่านั้น อย่างหลังเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่กระตุ้นปฏิกิริยาปรากฏขึ้นอีกครั้งเป็นผลจากปฏิกิริยาคายพลังงาน

ปฏิกิริยาลูกโซ่

ปฏิกิริยาลูกโซ่แพร่หลายในหมู่ปฏิกิริยาเคมี โดยที่อะตอมหรืออนุมูลอิสระจะเล่นบทบาทของอนุภาคที่มีพันธะที่ไม่ได้ใช้ กลไกปฏิกิริยาลูกโซ่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้จากนิวตรอนที่ไม่มีอุปสรรคคูลอมบ์และกระตุ้นนิวเคลียสเมื่อดูดซับ การปรากฏตัวของอนุภาคที่จำเป็นในสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ตามมาซึ่งดำเนินต่อไปจนกระทั่งโซ่แตกเนื่องจากการสูญเสียอนุภาคพาหะของปฏิกิริยา มีเหตุผลหลักสองประการที่ทำให้สูญเสีย: การดูดซับอนุภาคโดยไม่มีการปล่อยอนุภาคทุติยภูมิและการจากไปของอนุภาคเกินปริมาตรของสารที่รองรับกระบวนการลูกโซ่ หากในแต่ละปฏิกิริยาเกิดอนุภาคพาหะเพียงอนุภาคเดียว ปฏิกิริยาลูกโซ่จะถูกเรียก ไม่มีการแบ่งสาขา- ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบไม่แยกสาขาไม่สามารถนำไปสู่การปล่อยพลังงานในวงกว้างได้

หากในแต่ละปฏิกิริยาหรือในจุดเชื่อมต่อของโซ่มีอนุภาคมากกว่าหนึ่งอนุภาคปรากฏขึ้น ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบแยกสาขาจะเกิดขึ้น เนื่องจากอนุภาคทุติยภูมิตัวใดตัวหนึ่งยังคงดำเนินต่อไปในสายโซ่เริ่มต้น ในขณะที่อนุภาคที่เหลือจะก่อให้เกิดสายโซ่ใหม่ที่แตกแขนงอีกครั้ง จริงอยู่ที่ กระบวนการที่นำไปสู่การขาดของลูกโซ่จะแข่งขันกับกระบวนการแยกย่อย และสถานการณ์ที่ตามมาจะทำให้เกิดข้อจำกัดหรือปรากฏการณ์วิกฤตที่จำเพาะต่อปฏิกิริยาลูกโซ่แบบแยกย่อย หากจำนวนวงจรที่ขาดมากกว่าจำนวนวงจรใหม่ที่ปรากฏ ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ยั่งยืนในตัวเอง(SCR) กลายเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ แม้ว่ามันจะตื่นเต้นแบบเทียมโดยการนำอนุภาคที่จำเป็นจำนวนหนึ่งเข้าไปในตัวกลาง ดังนั้น เนื่องจากจำนวนโซ่ในกรณีนี้สามารถลดลงได้เท่านั้น กระบวนการที่เริ่มต้นขึ้นอย่างรวดเร็วก็จางหายไป หากจำนวนโซ่ใหม่ที่เกิดขึ้นเกินจำนวนการแตกหัก ปฏิกิริยาลูกโซ่จะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วไปทั่วทั้งปริมาตรของสารเมื่อมีอนุภาคเริ่มต้นปรากฏขึ้นอย่างน้อยหนึ่งอนุภาค

ภูมิภาคของสถานะของสสารที่มีการพัฒนาของปฏิกิริยาลูกโซ่แบบยั่งยืนนั้นถูกแยกออกจากภูมิภาคที่โดยทั่วไปแล้วปฏิกิริยาลูกโซ่เป็นไปไม่ได้ สภาพวิกฤติ- สถานะวิกฤตมีลักษณะเฉพาะคือความเท่าเทียมกันระหว่างจำนวนวงจรใหม่และจำนวนการแตกหัก

การบรรลุภาวะวิกฤตนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ฟิชชันของนิวเคลียสหนักจะถูกกระตุ้นด้วยนิวตรอนหนึ่งนิวตรอน และผลจากปฏิกิริยาฟิชชัน ทำให้มีนิวตรอนมากกว่าหนึ่งตัวปรากฏขึ้น (ตัวอย่างเช่น สำหรับ 235 U จำนวนนิวตรอนที่ผลิตได้ในหนึ่งฟิชชันโดยเฉลี่ยจะมีตั้งแต่ 2 ถึง 3) ผลที่ตามมาคือกระบวนการฟิชชันสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่แบบแยกส่วน โดยพาหะของปฏิกิริยาดังกล่าวจะเป็นนิวตรอน หากอัตราการสูญเสียนิวตรอน (การจับโดยไม่มีฟิชชัน หลุดออกจากปริมาตรปฏิกิริยา ฯลฯ) ชดเชยอัตราการคูณนิวตรอนในลักษณะที่ว่าสัมประสิทธิ์การคูณนิวตรอนมีประสิทธิผลเท่ากับความสามัคคีทุกประการ จากนั้นปฏิกิริยาลูกโซ่จะเกิดขึ้นใน โหมดนิ่ง การแนะนำการตอบสนองเชิงลบระหว่างปัจจัยการคูณที่มีประสิทธิผลและอัตราการปล่อยพลังงานทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่แบบควบคุม ซึ่งใช้ในพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น หากปัจจัยการคูณมากกว่าหนึ่ง ปฏิกิริยาลูกโซ่จะพัฒนาแบบทวีคูณ ปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันที่ไม่สามารถควบคุมได้ถูกนำมาใช้

ปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์- ปฏิกิริยาฟิชชันแบบยั่งยืนในตัวเองของนิวเคลียสหนักซึ่งมีการผลิตนิวตรอนอย่างต่อเนื่องโดยแบ่งนิวเคลียสใหม่มากขึ้นเรื่อย ๆ นิวเคลียสยูเรเนียม-235 ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอนจะถูกแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนกัมมันตภาพรังสีสองชิ้นที่มีมวลไม่เท่ากันซึ่งบินด้วยความเร็วสูง ไปในทิศทางที่ต่างกัน และนิวตรอนสองสามตัว ปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุมดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือหม้อไอน้ำนิวเคลียร์ ตอนนี้ ปฏิกิริยาลูกโซ่ควบคุมดำเนินการกับไอโซโทปของยูเรเนียม-235, ยูเรเนียม-233 (ได้มาจากทอเรียม-232), พลูโทเนียม-239 (ได้มาจากยูเรเนียม-238) และพลูโทเนียม-241 งานที่สำคัญมากคือการแยกไอโซโทปยูเรเนียม-235 ออกจากยูเรเนียมธรรมชาติ ตั้งแต่ขั้นตอนแรกของการพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ การใช้ยูเรเนียม-235 มีความสำคัญอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตาม การได้มาในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นเป็นเรื่องยากในทางเทคนิค เนื่องจากยูเรเนียม-238 และยูเรเนียม-235 ไม่สามารถแยกออกจากกันทางเคมีได้

50.เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แนวโน้มการใช้พลังงานแสนสาหัส

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นอุปกรณ์ที่เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์แบบควบคุมพร้อมกับการปล่อยพลังงาน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นและเปิดตัวในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2485 ในสหรัฐอเมริกาภายใต้การนำของอี. เฟอร์มี เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกที่สร้างขึ้นนอกสหรัฐอเมริกาคือ ZEEP ซึ่งเปิดตัวในแคนาดาเมื่อวันที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 ในยุโรป เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกคือการติดตั้ง F-1 ซึ่งเริ่มทำงานเมื่อวันที่ 25 ธันวาคม พ.ศ. 2489 ในกรุงมอสโกภายใต้การนำของ I.V. Kurchatov ภายในปี พ.ศ. 2521 มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ประเภทต่างๆ ประมาณร้อยเครื่องได้เปิดดำเนินการแล้วในโลก ส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้แก่ แกนกลางที่มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ซึ่งมักจะล้อมรอบด้วยตัวสะท้อนนิวตรอน สารหล่อเย็น ระบบควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ การป้องกันรังสี และระบบควบคุมระยะไกล ถังปฏิกรณ์อาจมีการสึกหรอ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้อิทธิพลของรังสีไอออไนซ์) ลักษณะสำคัญของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์คือกำลังของมัน กำลัง 1 เมกะวัตต์สอดคล้องกับปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งมีเหตุการณ์ฟิชชัน 3·1,016 ครั้งเกิดขึ้นใน 1 วินาที การวิจัยฟิสิกส์ของพลาสมาอุณหภูมิสูงนั้นส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับโอกาสในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัส พารามิเตอร์ที่ใกล้เคียงที่สุดกับเครื่องปฏิกรณ์คือการติดตั้งประเภท tokamak ในปี พ.ศ. 2511 มีการประกาศว่าการติดตั้ง T-3 มีอุณหภูมิพลาสมาถึง 10 ล้านองศา นักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศมุ่งความสนใจไปที่การพัฒนาในทิศทางนี้ การสาธิตตนเองครั้งแรก - ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่ยั่งยืนควรดำเนินการกับโทคามักที่สร้างขึ้นในฝรั่งเศสโดยความพยายามของประเทศต่างๆ ITER คาดว่าจะมีการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัสอย่างเต็มรูปแบบในภาคพลังงานในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 21 นอกจากโทคามากแล้ว ยังมีกับดักแม่เหล็กประเภทอื่นๆ สำหรับกักเก็บพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ที่เรียกว่ากับดักแบบเปิด เนื่องจากมีคุณสมบัติหลายประการ จึงสามารถกักเก็บพลาสมาแรงดันสูงได้ ดังนั้นจึงมีโอกาสที่ดีที่จะเป็นแหล่งนิวตรอนแสนสาหัสที่ทรงพลัง และในอนาคตจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัส

ความสำเร็จที่ประสบความสำเร็จในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาที่สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์ SB RAS ในการวิจัยกับดักแบบเปิดแบบสมมาตรแกนสมัยใหม่บ่งชี้ถึงแนวทางนี้ การศึกษาเหล่านี้กำลังดำเนินอยู่ และในขณะเดียวกัน BINP กำลังทำงานเกี่ยวกับการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวกแห่งยุคถัดไป ซึ่งจะสามารถสาธิตพารามิเตอร์พลาสมาที่ใกล้เคียงกับพารามิเตอร์ของเครื่องปฏิกรณ์ได้แล้ว

ปฏิกิริยาลูกโซ่เป็นปฏิกิริยาเคมีที่ยั่งยืนในตัวเอง โดยผลิตภัณฑ์ที่ปรากฏในตอนแรกจะมีส่วนร่วมในการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ใหม่ ปฏิกิริยาลูกโซ่มักเกิดขึ้นที่ความเร็วสูงและมักมีลักษณะเป็นการระเบิด

ปฏิกิริยาลูกโซ่ต้องผ่านสามขั้นตอนหลัก: ต้นกำเนิด (การเริ่มต้น) การพัฒนา และการสิ้นสุดของลูกโซ่

ข้าว. 9.13. โปรไฟล์พลังงานของปฏิกิริยา (แผนภาพของพลังงานศักย์เทียบกับพิกัดของปฏิกิริยา) ซึ่งแสดงค่าต่ำสุดที่สอดคล้องกับการก่อตัวของสารตัวกลางของปฏิกิริยา

ขั้นตอนการเริ่มต้น ในขั้นตอนนี้ การก่อตัวของตัวกลาง (ผลิตภัณฑ์ตัวกลาง) จะเกิดขึ้น ตัวกลางอาจเป็นอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลที่เป็นกลาง การเริ่มต้นสามารถทำได้โดยแสง การแผ่รังสีนิวเคลียร์ พลังงานความร้อน (ความร้อน) แอนไอออน หรือตัวเร่งปฏิกิริยา

ขั้นตอนของการพัฒนา ในขั้นตอนนี้ สารตัวกลางจะทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้นดั้งเดิมเพื่อสร้างสารตัวกลางและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายใหม่ ขั้นตอนการพัฒนาในปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นซ้ำหลายครั้ง ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและขั้นกลางจำนวนมาก

ขั้นตอนการหยุดวงจร ในขั้นตอนนี้การบริโภคผลิตภัณฑ์ขั้นกลางขั้นสุดท้ายหรือการทำลายจะเกิดขึ้น เป็นผลให้ปฏิกิริยาหยุดลง ปฏิกิริยาลูกโซ่สามารถแตกหักได้เองหรือภายใต้อิทธิพลของสารพิเศษ - สารยับยั้ง

ปฏิกิริยาลูกโซ่มีบทบาทสำคัญในเคมีหลายแขนง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเคมีเชิงแสง เคมีการเผาไหม้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและนิวเคลียร์ฟิวชัน (ดูบทที่ 1) และเคมีอินทรีย์ (ดูบทที่ 17-20)

โฟโตเคมี

สาขาวิชาเคมีนี้ครอบคลุมกระบวนการทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบของแสงต่อสสาร ตัวอย่างของกระบวนการโฟโตเคมีคือการสังเคราะห์ด้วยแสง

ปฏิกิริยาลูกโซ่หลายอย่างเกิดขึ้นจากแสง อนุภาคเริ่มต้นในกรณีนี้คือโฟตอนซึ่งมีพลังงาน (ดูหัวข้อ 1.2) ตัวอย่างคลาสสิกคือปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับคลอรีนเมื่อมีแสง

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นอย่างระเบิด ประกอบด้วยสามขั้นตอนต่อไปนี้

การเริ่มต้น ในขั้นตอนนี้ พันธะโควาเลนต์ในโมเลกุลคลอรีนจะแตกออก ส่งผลให้เกิดอะตอม 2 อะตอม โดยแต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนคู่กัน:

ปฏิกิริยาประเภทนี้คือโฮโมไลซิสหรือการแบ่งตัวของเม็ดเลือดแดง (ดูหัวข้อ 17.3) นอกจากนี้ยังเป็นตัวอย่างหนึ่งของโฟโตไลซิส คำว่าโฟโตไลซิสหมายถึงการสลายตัวด้วยแสงเคมี อะตอมของคลอรีนทั้งสองที่เกิดขึ้นเป็นตัวกลาง พวกเขาเป็นพวกหัวรุนแรง อนุมูลคืออะตอม (หรือกลุ่มของอะตอม) ที่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่อย่างน้อยหนึ่งตัว ควรสังเกตว่าแม้ว่าระยะเริ่มต้นจะเป็นระยะที่ช้าที่สุดของปฏิกิริยาลูกโซ่ แต่ก็ไม่ได้กำหนดความเร็วของปฏิกิริยาลูกโซ่ทั้งหมด

ขั้นตอนของการพัฒนา ในขั้นตอนนี้อะตอมของคลอรีนจะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลไฮโดรเจนทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย - ไฮโดรเจนคลอไรด์รวมถึงอนุมูลไฮโดรเจน อนุมูลไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของคลอรีน เป็นผลให้เกิดส่วนใหม่ของผลิตภัณฑ์และอนุมูลคลอรีนใหม่:

ปฏิกิริยาทั้งสองนี้ซึ่งรวมกันเป็นขั้นพัฒนาการ ถูกทำซ้ำหลายล้านครั้ง

ขั้นตอนการหยุดวงจร ปฏิกิริยาลูกโซ่ก็หยุดลงในที่สุด

ปฏิกิริยาเช่น

ในการดูดซับพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาการสิ้นสุดของสายโซ่ จำเป็นที่ร่างกายที่สามจะต้องมีส่วนร่วมด้วย ร่างกายที่สามนี้มักจะเป็นผนังของภาชนะที่ทำปฏิกิริยา

ผลผลิตควอนตัม

การดูดกลืนโฟตอนหนึ่งโฟตอนโดยโมเลกุลคลอรีนในปฏิกิริยาลูกโซ่ที่อธิบายไว้ข้างต้นอาจส่งผลให้เกิดโมเลกุลไฮโดรเจนคลอไรด์หลายล้านโมเลกุล อัตราส่วนของจำนวนโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ต่อจำนวนควอนตัมแสง (โฟตอน) ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาเรียกว่าผลผลิตควอนตัม ปริมาณควอนตัมของปฏิกิริยาโฟโตเคมีมีตั้งแต่หนึ่งถึงหลายล้าน ผลผลิตควอนตัมที่สูงบ่งชี้ถึงลักษณะลูกโซ่ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น

โฟโตไลซิสแบบพัลส์

นี่คือชื่อของเทคนิคที่ใช้ในการรับอนุมูลที่มีความเข้มข้นสูงพอที่จะตรวจจับได้ ในรูป รูปที่ 9.14 แสดงแผนภาพแบบง่ายของการตั้งค่าที่ใช้สำหรับโฟโตไลซิสแบบแฟลช ส่วนผสมของปฏิกิริยาได้รับผลกระทบ

ข้าว. 9.14. โฟโตไลซิสแบบพัลส์

พร้อมแสงแฟลชอันทรงพลังจากแหล่งกำเนิดพัลส์พิเศษ แหล่งกำเนิดดังกล่าวทำให้สามารถสร้างแสงวาบที่มีพลังงานสูงถึง 105 J และมีระยะเวลาในลำดับ s หรือน้อยกว่าได้ วิธีการโฟโตไลซิสแบบพัลซิ่งสมัยใหม่ใช้เลเซอร์พัลซิ่งที่มีระยะเวลาแฟลชประมาณนาโนวินาที (10-9 วินาที) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากแสงแฟลชดังกล่าวสามารถตรวจสอบได้โดยการบันทึกลำดับสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของส่วนผสมปฏิกิริยา แฟลชแรกจะตามมาด้วยชุดแฟลชจากแหล่งพัลส์พลังงานต่ำ วาบเหล่านี้ติดตามกันในช่วงเวลาเป็นมิลลิวินาทีหรือไมโครวินาที และทำให้สามารถบันทึกสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของส่วนผสมปฏิกิริยาในช่วงเวลาดังกล่าวได้

การเผาไหม้

ปฏิกิริยากับออกซิเจนทำให้เกิดการปล่อยพลังงานความร้อนและแสงสว่างออกมา เรียกว่าการเผาไหม้ การเผาไหม้มักเกิดขึ้นเป็นลำดับที่ซับซ้อนของปฏิกิริยาที่รุนแรง

มาดูการเผาไหม้ของไฮโดรเจนเป็นตัวอย่างกัน ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นอย่างระเบิดได้ ในรูป รูปที่ 9.15 แสดงข้อมูลการทดลองสำหรับปฏิกิริยาของส่วนผสมปริมาณสัมพันธ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจนในเครื่องปฏิกรณ์ Pyrex พื้นที่แรเงาของแผนภาพสอดคล้องกับบริเวณที่เกิดการระเบิดของปฏิกิริยานี้ สำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจน แผนภาพส่วนนี้มีรูปร่างคล้ายคาบสมุทรที่ระเบิดได้ พื้นที่ระเบิดถูกจำกัดด้วยขอบเขตของการระเบิด

ข้าว. 9.15. สภาวะสำหรับการเกิดระเบิดของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจน:

ปฏิกิริยาลูกโซ่

ปฏิกิริยาลูกโซ่- ปฏิกิริยาเคมีและนิวเคลียร์ซึ่งการปรากฏตัวของอนุภาคที่ทำงานอยู่ (อนุมูลอิสระหรืออะตอมในกระบวนการทางเคมี นิวตรอนในกระบวนการนิวเคลียร์) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงจำนวนมาก (สายโซ่) ต่อเนื่องของโมเลกุลหรือนิวเคลียสที่ไม่ได้ใช้งาน อนุมูลอิสระและอะตอมจำนวนมากต่างจากโมเลกุลตรงที่มีเวเลนซ์ไม่อิ่มตัวอิสระ (อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่) ซึ่งนำไปสู่การมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลดั้งเดิม เมื่ออนุมูลอิสระ (R) ชนกับโมเลกุล พันธะวาเลนซ์อันหนึ่งจะถูกทำลาย และด้วยเหตุนี้ผลของปฏิกิริยาจึงเกิดอนุมูลอิสระใหม่ขึ้น ซึ่งในทางกลับกันก็จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น - ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้น

ปฏิกิริยาลูกโซ่ในทางเคมีรวมถึงกระบวนการออกซิเดชั่น (การเผาไหม้ การระเบิด) การแตกร้าว การเกิดพอลิเมอไรเซชัน และอื่นๆ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีและน้ำมัน

มูลนิธิวิกิมีเดีย

2010.

ปฏิกิริยาลูกโซ่ ซึ่งเป็นกระบวนการแยกตัวของนิวเคลียร์แบบพึ่งพาตนเองได้ โดยปฏิกิริยาหนึ่งนำไปสู่การเริ่มต้นของวินาที วินาทีถึงหนึ่งในสาม และอื่นๆ เพื่อให้ปฏิกิริยาเริ่มต้นได้ จำเป็นต้องมีสภาวะวิกฤต นั่นคือ มวลของวัสดุที่สามารถแตกตัวได้... ... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

ปฏิกิริยาลูกโซ่- กระบวนการทางชีวภาพ (หรือเคมี-กายภาพ) ใด ๆ ที่ประกอบด้วยชุดของกระบวนการที่เชื่อมโยงถึงกัน โดยที่ผลิตภัณฑ์ (หรือพลังงาน) ของแต่ละขั้นตอนจะมีส่วนร่วมในขั้นตอนต่อไป ซึ่งนำไปสู่การบำรุงรักษาและ (หรือ) การเร่งความเร็วของห่วงโซ่ .. ... คู่มือนักแปลด้านเทคนิค

ปฏิกิริยาลูกโซ่- 1) ปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลของสารดั้งเดิมเป็นจำนวนมาก 2) ปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสของธาตุหนักแบบยั่งยืนด้วยตนเองภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน 3) การสลายตัว เกี่ยวกับชุดของการกระทำ สถานะ ฯลฯ ซึ่งอย่างใดอย่างหนึ่ง... ... พจนานุกรมสำนวนมากมาย

ปฏิกิริยาลูกโซ่ กระบวนการทางชีวภาพ (หรือเคมี-กายภาพ) ใด ๆ ที่ประกอบด้วยชุดของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกัน โดยที่ผลิตภัณฑ์ (หรือพลังงาน) ของแต่ละขั้นตอนจะมีส่วนร่วมในขั้นตอนต่อไป ซึ่งนำไปสู่การบำรุงรักษา และ (หรือ) ... ... อณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ พจนานุกรมอธิบาย

ปฏิกิริยาลูกโซ่- grandininė reakcija statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminė ar branduolinė reakcija, kurios aktyvusis centras sukelia ilgę kitimų grandinę. ทัศนคติ: engl. ปฏิกิริยาลูกโซ่มาตุภูมิ ปฏิกิริยาลูกโซ่... Chemijos ยุติ aiškinamasis žodynas

ปฏิกิริยาลูกโซ่- grandininė reakcija statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ปฏิกิริยาลูกโซ่ vok Kettenkernreaktion, f; Kettenreaktion, รัส. ปฏิกิริยาลูกโซ่ f pran réaction en chaîne, f … Fizikos สิ้นสุด žodynas

ราซก. เกี่ยวกับกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับบุคคลหรือบางสิ่งบางอย่างอย่างต่อเนื่องและไม่มีการควบคุม อะไร? บีเอ็มเอส 1998, 489; รถไฟฟ้า 1462… พจนานุกรมคำพูดภาษารัสเซียขนาดใหญ่

แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ของปฏิกิริยาลูกโซ่ และ "Chain Reaction" ก็เป็นชื่อของภาพยนตร์สารคดีหลายเรื่อง: "Chain Reaction" เป็นภาพยนตร์สหภาพโซเวียตปี 1962 "Chain Reaction" เป็นภาพยนตร์ตลกอาชญากรรมสัญชาติฝรั่งเศสปี 1963 “เชน... ... วิกิพีเดีย

แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ของปฏิกิริยาลูกโซ่ และ "Chain Reaction" ก็เป็นชื่อของภาพยนตร์สารคดีหลายเรื่อง: "Chain Reaction" เป็นภาพยนตร์สหภาพโซเวียตปี 1962 "Chain Reaction" เป็นภาพยนตร์ตลกอาชญากรรมสัญชาติฝรั่งเศสปี 1963 "Chain Reaction" ภาพยนตร์ออสเตรเลีย... ... Wikipedia

ปฏิกิริยาลูกโซ่ (ภาพยนตร์, 1963) คำนี้มีความหมายอื่น ดูที่ ปฏิกิริยาลูกโซ่ (คำจำกัดความ) ปฏิกิริยาลูกโซ่ มะเฟือง ... Wikipedia

หนังสือ

• ปฏิกิริยาลูกโซ่ เอลเคเลส ซิโมน คุณสมบัติสำหรับเด็กอายุ 18+ 3: - หนังสือขายดีของ New York Times, Amazon - จากผู้เขียนหนังสือขายดีระดับโลก "Perfect Chemistry" และ "The Law of Attraction" - สำหรับผู้ที่เชื่อว่าความรักเปลี่ยนแปลงทุกสิ่ง "ยอดเยี่ยม...