Мультимедийная презентация по теме 4.3 Состав атомных ядер. Дефект массы. Деление тяжелых атомных ядер. Цепная реакция деления ядер.

Факторы, определяющие коэффициент размножения:

• Захват медленных нейтронов ядрами с последующим делением и захват быстрых нейтронов ядрами и также с последующим делением (сопровождается увеличением числа нейтронов);
• Захват нейтронов ядрами урана без деления (приводит к убыли числа нейтронов);
• Захват нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструктивными элементами установки (приводит к убыли числа нейтронов);
• Вылет нейтронов из делящегося вещества наружу (приводит к убыли числа нейтронов).

• Для стационарного течения цепной реакции коэффициент размножения должен быть равен 1.
• Если k =1,01 , то произойдет взрыв.

Образование плутония

• После захвата нейтронов ядрами изотопа урана образуется радиоактивный изотоп с периодом полураспада 23 минуты.
• Распад происходит с испусканием электрона и возникновением первого трансуранового элемента – нептуния:

→ +

• Нептуний β -радиоактивен с периодом полураспада около двух дней.
• В процессе распада нептуния образуется следующий трансурановый элемент – плутоний:

→ +

• Период полураспада плутония 24000 лет. Он делится под влиянием медленных нейтронов.
• С помощью плутония также может осуществляться цепная реакция, которая сопровождается выделением громадной энергии.

Ядерным (или атомным) реактором называется устройство, в котором осуществляется управляемая реакция деления ядер.

Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых.

Ядра урана (особенно изотопа ) наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны.

В ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициенты размножения нейтронов.

Схема процессов в ядерном реакторе:

Основные элементы ядерного реактора:

1) ядерное горючее ( ,

, и др.);

2) замедлитель нейтронов (тяжелая или обычная вода, графит и др.);

3) теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.);

4) Устройство для регулиро-

вания скорости реакции (вводимые в рабочее

пространство реактора стержни, содержащие кадмий или бор – вещества, которые хорошо поглощают нейтроны).

Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей γ -излучение и нейтроны. Оболочку выполняют из бетона с железным наполнителем.

Критическая масса.

Критическая масса – наименьшая масса делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция.

• При малых размерах велика утечка нейтронов через поверхность активной зоны реактора (объем, в которой располагаются стержни с ураном).
• С увеличением размеров системы число ядер, участвующих в делении, растет пропорционально объему, а число нейтронов, теряемых вследствие утечки, увеличивается пропорционально площади поверхности.

Увеличивая систему, можно достичь значений коэффициента размножения k =1. Система будет иметь критические размеры , если число нейтронов , потерянных вследствие захвата и утечки, равно числу нейтронов , полученных в процессе деления.

Критические размеры (критическая масса) определяются:

• типом ядерного горючего;
• замедлителем;
• конструктивными особенностями реактора.

1. При полностью вдвинутых стержнях kВдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции. " width="640"

• Управление реактором осуществляется при помощи стержней, содержащих кадмий или бор.

При выдвинутых из активной зоны реактора стержнях k 1.

При полностью вдвинутых стержнях k

Вдвигая стержни внутрь активной зоны, можно в любой момент времени приостановить развитие цепной реакции.

Реакторы на быстрых нейтронах:

• Построены реакторы, работающие без замедлителя на быстрых нейтронах.
• Вероятность деления, вызванного быстрыми нейтронами мала

такие реакторы не могут работать на естественном уране. Реакцию можно поддерживать лишь в обогащенной смеси, содержащей не менее 15% изотопа .

• Преимущество: при их работе образуется значительное количество плутония, который затем можно использовать в качестве ядерного топлива.
• Эти реакторы называют реакторами - размножителями , так как они воспроизводят делящийся материал.

Первые ядерные реакторы

Впервые цепная ядерная реакция урана была осуществлена в США коллективом ученых под руководством Энрико Ферми в декабре 1942г.

Энрико Ферми (1901-1954)

В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. коллективом физиков, который возглавлял ученый Игорь Васильевич Курчатов (1903-1960).

Игорь Васильевич Курчатов

(1903-1960)

Вопросы для закрепления:

А1. Ядро, какого из элементов содержит 10 нейтронов?

А2. Чему равно число электронов в ядре?

Вопросы для закрепления:

• А3. Протактиний подвергся двум a- и одному - распадам. Конечным продуктом реакции является…
• А4. Период полураспада ядер атомов свинца составляет 3,3ч. Какое утверждение справедливо?
• 1) за 3,3 часа распадется примерно половина из имеющихся ядер
• 2) за 3,3 часа распадется в точности половина из имеющихся ядер
• 3) за 6,6 часа распадутся все имеющиеся ядра
• 4) каждые 3,3 часа распадется в среднем одно ядро

Вопросы для закрепления:

В. Найдите энергию связи (МэВ) между нуклонами для гелия масса ядра mя=4,00260 а.е.м.

Масса покоя протона mp = 1,007276 а.е.м., масса покоя нейтрона mn = 1,008665 а.е.м.

Вопросы для закрепления:

С. Какое количество урана-235 расходуется в сутки на атомной электростанции мощностью 50 МВт? При распаде одного ядра урана выделяется энергия 200 МэВ, КПД электростанции 17%?

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

Самостоятельная работа

Время выполнения: 8 минут

Критерии оценки:

• за 2 правильных ответа – «3» балла;
• за 3 правильных ответа – «4» балла;
• за 4 правильных ответов – «5» баллов.

Взаимопроверка Критерии оценки: за 2 правильных ответа – «3» балла; за 3 правильных ответа – «4» балла; за 4 правильных ответов – «5» баллов.

№ 1

№ 2

p=12 n=13

p=9 n=11

№ 3

2,5*10 8

№ 4

8,6 МэВ

56 МВт

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ВНЕАУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

• Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г ., с. 306-312, параграфы 104, 105, 106 прочитать, конспект выучить. Подготовить сообщение по теме: «Цепная ядерная реакция», «Создание ядерного оружия», «Работа атомной электростанции: преимущества и недостатки» и др. (по желанию студента).

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

  Список использованных источников

• Студопедия [Электронный ресурс]/ S tudopedia // Режим доступа https://studopedia.ru/19_239572_delenie-tyazhelih-yader-i-tsepnaya-reaktsiya-deleniya.htm
• Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений с прил. на электрон. носителе: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 20-е изд. - М. : Просвещение, 2011. – 399 с.
• Энергия связи [Электронный ресурс]/ W iki2 // Режим доступа https://wiki2.org/ru/Энергия_связи
• Физика. Задачник. 10-11 кл. [Текст]: пособие для общеобразоват. Учреждений / А. П. Рымкевич. – 9-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2005. – 188, [4] с.