Авария на ЧАЭС Физика ядерного реактора Поглощение электромагнитного излучения в веществе Радионуклиды в организме человека. Физика атомного ядра и элементарных частиц

Классификация нейтронов. В ядерных реакциях, образуются, как правило, быстрые нейтроны (с энергией 0,1-1МэВ). Быстрые нейтроны при соударениях с атомными ядрами теряют энергию большими порциями, расходуя её, главным образом, на возбуждение ядер или их расщепление. В результате энергия нейтрона становится меньше минимальной энергии возбуждения ядра (от десятков КэВ до нескольких МэВ в зависимости от свойств ядра). После этого рассеяние нейтрона ядром становится упругим, т.е. нейтрон расходует энергию на сообщение ядру скорости без изменения его внутреннего состояния.

Упругое рассеяние нейтронов на ядрах атомов мишени. Для элементов с низким атомным номером первый возбуждённый уровень ядра обычно на 1МэВ выше основного состояния. Поэтому в случае лёгких элементов упругое рассеяние нейтронов с En< 1МэВ более вероятно, чем неупругое рассеяние.

Ядерные реакции (), (), (), (). Захват нейтронов ядрами (М) с зарядовым числом Z и массовым числом А часто приводит к ядерным реакциям, в результате которых возникает явление искусственной радиоактивности.

Энергия отделения нейтрона. Ядро – система связанных нуклонов и чтобы его разделить на составные части (нуклоны) надо затратить энергию связи ядра W(A,Z)

Эффект спаривания нуклонов

Летом 1960 года в Объединенном институте прошли первые испытания новой установки -импульсного реактора ИБР. Это - единственный в мире источник нейтронов, в котором периодический режим испускания этих ядерных частиц был реализован за счет использования подвижной части активной зоны, вращавшейся между двумя неподвижными частями

Механизм деления. Если деление выгодно для ядра с Z2/A>17, т.е. с А≥90, то возникает вопрос: почему же большинство известных тяжёлых ядер устойчиво по отношению к спонтанному делению? В ходе деления ядро проходит через стадии: шар, эллипсоид, гантель, 2 грушевидных осколка, 2 сферических осколка. Изменение энергии ядра на разных стадиях определяется изменением суммы поверхностной и кулоновской энергий начального ядра и осколков. При увеличении расстояния между центрами осколков (при делении 23692U из основного состояния на 2 асимметричных осколка) от начального значения r=0. Эта сумма сначала растёт, а затем уменьшается.

Особенности процессов в активной зоне работающего реактора РБМК – 1000. Размножение нейтронов при делении одних ядер создаёт условие для деления других. Если после каждого деления ядра испускается 2 нейтрона, то один нейтрон в 50-ом поколении размножится до 250 нейтронов. В действительности не все нейтроны вызывают деление. Часть нейтронов идёт на радиационный захват, другая часть вылетает из активной зоны. Эти потери влияют на ход цепной реакции. Делящиеся изотопы наиболее интенсивно поглощают тепловые нейтроны, концентрация которых велика благодаря упругому рассеянию нейтронов на ядрах атомов замедлителя. Сечение деления на тепловых нейтронах в РБМК в сотни раз превышает сечение деления на быстрых нейтронах.

Закон радиоактивного распада. В любом образце радиоактивного вещества содержится огромное число радиоактивных атомов. Так как радиоактивный распад имеет случайный характер и не зависит от внешних условий, то закон убывания количества N (t) нераспавшихся к данному моменту времени t ядер может служить важной статистической характеристикой процесса радиоактивного распада

Физика ядерного реактора.

Некоторые свойства частиц, из которых состоит атом и его ядро.

Рис 2.

Табл. 1 Автоматизированная система энергоучета любых видов энергоносителей АСКУЭ-ОКБМ АСКУЭ-ОКБМ (в дальнейшем - система), базируется на комплексе технических средств (КТС) «Энергия +», который зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под №21001-01 (НТП «Энергоконтроль» г. Заречный).

частица

заряд

спин, ħ

масса, (mc2), МэВ

Время жизни

p

+e

½

938,272

>1032 лет

n

0

½

939,565

887±2 с

e

-e

½

0,511

> 4,2*1024 лет

Из двухпараметрического распределения плотности заряда в ядре   следует, что радиус ядра (радиус полуплотности) R=(1,2A1/3-0,5) Фм.

Для ядер с A>20 R≈1,2 A1/3 Фм. Параметр а связан с толщиной поверхностного слоя t соотношением t=(4ln3)a≈4,4a. Опыт показывает, что t примерно одна и та же для всех ядер: t≈2,4 Фм (а≈0,55 Фм).

Для протона ρ(r)=ρ(0)e-r/a; где а=0,23 Фм; ρ(0)=3 е/Фм3.

Среднеквадратичный радиус протона, учитывая, что заряд, сосредоточенный в шаровом слое единичной толщины, равен 4πr2ρ(r):

Размер нейтрона примерно такой же. В нейтроне центральная область заряжена положительно, а область r>0,7 Фм – отрицательно (Рис. 4):

Рис.4. Распределение заряда в нуклонах

При этом суммарный по всему объёму нейтрона заряд равен нулю.

Зарядовая структура нейтрона и протона объясняется их кварковым составом. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон – из двух d-кварков и одного u-кварка. Масса (mc2) в составе адрона mu-кварка=md-кварка≈0,33ГэВ. Пленение («склеивание» глюонами) кварков в адроне (нуклоне) называют конфайнментом. Кварки вместе с лептонами (< 10-16см) называют фундаментальными фермионами (у них полуцелый спин). В группу лептонов входит электрон, мюон со временем жизни tж~2,2*10-6с [МэВ], таон [tж~2,9*10-13с; МэВ], электронное нейтрино  эВ], мюонное нейтрино МэВ и таонное нейтрино МэВ]. Из них состоят все более крупные объекты: адроны, ядра, атомы, молекулы и т.д., т.е. наш мир можно свести к фундаментальным фермионам, взаимодействующим путём обмена фундаментальными бозонами (фотонами, глюонами, w- и z- бозонами). 12 фермионов подразделяются на 3 группы, которые называют поколениями. В каждом из поколений 2 кварка и 2 лептона (Табл 2)

Табл. 2

Поколения

1

2

3

заряд

кварки

верхние

u

c

T

+2/3e

нижние

d

s

b

-1/3e

лептоны

нейтрино

νe

νμ

ντ

0

заряженные

e

μ

τ

-e

Протоны (как и электроны, γ-кванты, нейтрино) – стабильные частицы. Нейтроны стабильны только в составе ядра. Свободные нейтроны относительно быстро распадаютя (табл 1): n→p+e-+ΰe, причём протон, электрон и электронное антинейтрино характеризуют распад d-кварков.

Исследования по глубоконеупругому рассеянию лептонов на нуклонах показали, что нуклоны состоят из трёх валентных кварков, виртуальных «морских» кварков/антикварков и глюонов (как из фотонов и w-, и z-бозонов, у них s=1, а масса покоя, как и у фотонов, равна 0, но радиус взаимодействия ~10-13см, тогда как у фотонов он стремится к бесконечности, а у w- и z-бозонов ~10-16см, mW±(mc2)=80,42ГэВ и mZ(mc2)=91,19ГэВ. Доли внутреннего импульса протона распределяются среди этих типов партонов (точечные объекты с диаметром  <10-16см, в которых сосредоточена вся масса или внутренняя энергия нуклона) следующим образом: доля импульса протона, приходящаяся на u-кварки и антикварки εu=0,36; доля на d-кварки (и антикварки) εd=0,18; а доля на глюоны εg=0,46. Т.о. ≈50% массы протона, приходится на глюоны. Для нейтронов, повидимому, εd=0,36, εu=0,18, εg=0,46.


Атомная энергетика