En el que se forman las partículas que las provocan y como producto de estas reacciones. Tal reacción es la fisión del uranio y algunos elementos trans-uranio (por ejemplo, 23 9 Pu) bajo la acción de neutrones. Fue realizado por primera vez por E. Fermi en 1942. Fisión nuclear W. Zinn, L. Szilard y G.N. Flerov demostraron que en la fisión de un núcleo de uranio U se emite más de un neutrón: norte + U → A + B + v... Aquí A y V- fragmentos de fisión con números de masa A de 90 a 150, v- el número de neutrones secundarios.

Factor de multiplicación de neutrones... Para que prosiga la reacción en cadena, es necesario que el número medio de neutrones liberados en una masa determinada de uranio no disminuya con el tiempo, o que factor de multiplicación de neutrones k era mayor o igual a uno.

El factor de multiplicación de neutrones es la relación entre el número de neutrones de cualquier generación y el número de neutrones de la generación anterior. El cambio de generaciones se entiende como fisión nuclear, en la que se absorben neutrones de la vieja generación y nacen nuevos neutrones.

Si k ≥ 1, entonces el número de neutrones aumenta con el tiempo o permanece constante, y reacción en cadena va. A k> 1 el número de neutrones disminuye y una reacción en cadena es imposible.

Por varias razones, de todos los núcleos que se encuentran en la naturaleza, solo los núcleos del isótopo son adecuados para la implementación de una reacción en cadena nuclear. El factor de multiplicación está determinado por: 1) captura de neutrones lentos por núcleos, seguida de fisión y captura de neutrones rápidos por núcleos, y también con fisión posterior; 2) captura de neutrones sin fisión por núcleos de uranio; 3) captura de neutrones por productos de fisión, moderador y elementos estructurales de la instalación; 4) la emisión de neutrones de la materia fisionable hacia el exterior.

Solo el primer proceso va acompañado de un aumento en la cantidad de neutrones. Para una reacción de estado estable k debe ser igual a 1. Ya en k = 1.01 una explosión ocurrirá casi instantáneamente.

Formación de plutonio... Como resultado de la captura de un neutrón por un isótopo de uranio, se forma un isótopo radiactivo con una vida media de 23 minutos. Al decaer, aparece el primer elemento transura-nuevo. neptunio:

.

El neptunio β-radiactivo (con una vida media de aproximadamente dos días), al emitir un electrón, se convierte en el siguiente elemento transuránico: plutonio:

La vida media del plutonio es de 24.000 años, y su propiedad más importante es la capacidad de fisión bajo la influencia de neutrones lentos de la misma manera que un isótopo. Con la ayuda del plutonio, se puede llevar a cabo una reacción en cadena con la liberación enorme cantidad energía.

La reacción en cadena va acompañada de la liberación de una tremenda energía; La fisión de cada núcleo libera 200 MeV. En la fisión de 1 núcleo de uranio, se libera la misma energía que en la combustión de 3 carbón o 2,5 toneladas de petróleo.

Reacción en cadena nuclear

Reacción nuclear en cadena- una secuencia de reacciones nucleares individuales, cada una de las cuales es causada por una partícula que apareció como producto de reacción en el paso anterior de la secuencia. Un ejemplo de reacción en cadena nuclear es una reacción en cadena de fisión de núcleos de elementos pesados, en la que la mayoría de los eventos de fisión son iniciados por neutrones obtenidos de la fisión nuclear en la generación anterior.

Mecanismo de liberación de energía

La transformación de una sustancia va acompañada de la liberación de energía libre solo si la sustancia tiene una reserva de energía. Esto último significa que las micropartículas de la sustancia se encuentran en un estado con una energía de reposo mayor que en otro estado posible, cuya transición existe. Una transición espontánea siempre se ve obstaculizada por una barrera de energía, para superar la cual una micropartícula debe recibir del exterior una cierta cantidad de energía: energía de excitación. La reacción exoenergética consiste en que en la transformación que sigue a la excitación se libera más energía de la necesaria para excitar el proceso. Hay dos formas de superar la barrera energética: debido a la energía cinética de las partículas en colisión o debido a la energía de enlace de la partícula que se une.

Si tenemos en cuenta las escalas macroscópicas de liberación de energía, entonces la energía cinética necesaria para la excitación de reacciones debe tener todas o, primero, al menos alguna fracción de las partículas de la sustancia. Esto se puede lograr solo cuando la temperatura del medio se eleva a un valor en el que la energía del movimiento térmico se acerca al valor del umbral de energía que limita el curso del proceso. En el caso de las transformaciones moleculares, es decir, las reacciones químicas, dicho aumento suele ser de cientos de kelvin, en el caso de las reacciones nucleares es un mínimo de 10 7 K debido a la misma gran altura Barreras de Coulomb de núcleos en colisión. La excitación térmica de las reacciones nucleares se realiza en la práctica solo en la síntesis de los núcleos más ligeros, para los cuales las barreras de Coulomb son mínimas (fusión termonuclear).

La excitación mediante la unión de partículas no requiere una gran energía cinética y, por lo tanto, no depende de la temperatura del medio, ya que se produce debido a los enlaces no utilizados inherentes a las partículas de las fuerzas de atracción. Pero, por otro lado, las partículas mismas son necesarias para excitar las reacciones. Y si de nuevo no tenemos en mente un acto de reacción separado, sino la producción de energía a escala macroscópica, esto solo es posible cuando se produce una reacción en cadena. Este último surge cuando las partículas que excitan la reacción reaparecen como productos de una reacción exoenergética.

Reacciones en cadena

Las reacciones en cadena están muy extendidas entre reacciones químicas, donde el papel de las partículas con enlaces no utilizados lo juegan los átomos libres o los radicales. El mecanismo de reacción en cadena durante las transformaciones nucleares puede ser proporcionado por neutrones que no tienen una barrera de Coulomb y excitan los núcleos al ser absorbidos. La aparición de la partícula necesaria en el medio provoca una cadena de reacciones posteriores, una tras otra, que continúa hasta que se termina la cadena debido a la pérdida de la partícula portadora de la reacción. Hay dos razones principales para las pérdidas: la absorción de una partícula sin la emisión de una secundaria y la salida de la partícula fuera del volumen de la sustancia que soporta el proceso en cadena. Si en cada acto de reacción solo aparece una partícula portadora, entonces la reacción en cadena se llama no ramificado... Una reacción en cadena no ramificada no puede conducir a una liberación de energía a gran escala.

Si en cada acto de reacción o en algunos eslabones de la cadena aparece más de una partícula, entonces surge una reacción en cadena ramificada, porque una de las partículas secundarias continúa la cadena que se inició, mientras que las otras dan nuevas cadenas que vuelven a ramificarse. Es cierto que los procesos que conducen a la rotura de la cadena compiten con el proceso de ramificación, y la situación emergente da lugar a fenómenos limitantes o críticos específicos de las reacciones en cadena ramificada. Si el número de circuitos abiertos es mayor que el número de circuitos nuevos que aparecen, entonces reacción en cadena autosostenida(SCR) resulta imposible. Incluso si se excita artificialmente introduciendo una cierta cantidad de partículas necesarias en el medio, entonces, dado que el número de cadenas en este caso solo puede disminuir, el proceso que ha comenzado se extingue rápidamente. Si el número de nuevas cadenas formadas supera el número de roturas, la reacción en cadena se extiende rápidamente por todo el volumen de la sustancia cuando aparece al menos una partícula inicial.

La región de estados de la materia con el desarrollo de una reacción en cadena autosostenida se separa de la región donde una reacción en cadena es generalmente imposible, condición crítica... Una condición crítica se caracteriza por la igualdad entre el número de circuitos nuevos y el número de roturas.

El logro de un estado crítico está determinado por una serie de factores. La fisión de un núcleo pesado es excitada por un neutrón y, como resultado del acto de fisión, aparece más de un neutrón (por ejemplo, para 235 U, el número de neutrones nacidos en un acto de fisión es en promedio 2,5). En consecuencia, el proceso de fisión puede dar lugar a una reacción en cadena ramificada, que será transportada por neutrones. Si la tasa de pérdida de neutrones (capturas sin fisión, desviaciones del volumen de reacción, etc.) compensa la tasa de multiplicación de neutrones de tal manera que el factor de multiplicación de neutrones efectivo es exactamente la unidad, entonces la reacción en cadena procede en un modo estacionario. . La introducción de retroalimentaciones negativas entre el factor de multiplicación efectivo y la tasa de liberación de energía permite una reacción en cadena controlada, que se utiliza, por ejemplo, en la energía nuclear. Si el factor de multiplicación es mayor que uno, la reacción en cadena se desarrolla exponencialmente; La reacción en cadena de fisión no guiada se utiliza en armas nucleares.

ver también

  • Reacción química en cadena

Literatura

  • A. N. Klimov Física nuclear y reactores nucleares.- M. Atomizdat ,.
  • V.E. Levin Física nuclear y reactores nucleares/ 4ª ed. - M.: Atomizdat ,.
  • Petunin V.P. Ingeniería térmica de instalaciones nucleares.- M.: Atomizdat ,.

Fundación Wikimedia. 2010.

Vea qué es "Reacción en cadena nuclear" en otros diccionarios:

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    La reacción de fisión de núcleos atómicos de elementos pesados ​​bajo la acción de neutrones, en cada acto del enjambre aumenta el número de neutrones, por lo que puede surgir un proceso de fisión autosostenida. Por ejemplo, en la fisión de un núcleo del isótopo de uranio 235U bajo la acción de ... Gran Diccionario Politécnico Enciclopédico

    Reacción en cadena nuclear- la reacción de fisión de núcleos atómicos bajo la acción de neutrones, en cada acto de los cuales se emite al menos un neutrón, lo que asegura el mantenimiento de la reacción. Se utiliza como fuente de energía en cargas nucleares (reactor nuclear central explosivo) y reactores nucleares ... ... Diccionario de términos militares

    reacción en cadena de fisión nuclear- - [A.S. Goldberg. El Diccionario de Energía Inglés Ruso. 2006] Temas energía en general EN reacción divergente ... Guía del traductor técnico

    Reacción en cadena nuclear autosuficiente- 7. Reacción nuclear en cadena autosostenida SCR Una reacción nuclear en cadena caracterizada por un factor de multiplicación efectivo mayor o igual a uno.

Reacción en cadena

Reacción en cadena- una reacción química y nuclear en la que la aparición de una partícula activa (un radical libre o un átomo en una sustancia química, un neutrón en un proceso nuclear) provoca un gran número (cadena) de transformaciones sucesivas de moléculas o núcleos inactivos. Los radicales libres y muchos átomos, a diferencia de las moléculas, tienen valencias insaturadas libres (electrón desapareado), lo que conduce a su interacción con las moléculas originales. Cuando un radical libre (R) choca con una molécula, uno de los enlaces de valencia de esta última se rompe y, así, como resultado de la reacción, se forma uno nuevo. radicales libres, que, a su vez, reacciona con otra molécula: se produce una reacción en cadena.

Las reacciones en cadena en química incluyen oxidación (combustión, explosión), agrietamiento, polimerización y otras que se utilizan ampliamente en las industrias química y petrolera.


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Vea qué es "Reacción en cadena" en otros diccionarios:

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    reacción en cadena- Todo proceso biológico (o químico-físico) compuesto por una serie de procesos interrelacionados, donde el producto (o energía) de cada etapa es partícipe de la siguiente etapa, lo que lleva al mantenimiento y (o) aceleración de la cadena. .. ... Guía del traductor técnico

    reacción en cadena- 1) Una reacción que provoca una gran cantidad de transformaciones moleculares. material de partida... 2) Reacción de fisión autosostenida de núcleos atómicos de elementos pesados ​​bajo la acción de neutrones. 3) descomp. Sobre una serie de acciones, estados, etc., en los que una o una ... ... Diccionario de muchas expresiones

    Reacción en cadena reacción en cadena. Cualquier proceso biológico (o químico-físico), compuesto por una serie de procesos interrelacionados, donde el producto (o energía) de cada etapa es un participante en la siguiente etapa, lo que lleva al mantenimiento y (o) ... .. . Biología Molecular y genética. Diccionario explicativo.

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    Propagar. Sobre el proceso continuo e incontrolado de involucrar al s., Qué l. que yo. BMS 1998, 489; BTS, 1462 ... Gran diccionario Refranes rusos

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Libros

  • Reacción en cadena, Elkeles Simona. Edad 18+ 3 fichas: - Bestseller The New York Times, Amazon - Del autor de los bestsellers mundiales "Ideal Chemistry" y "The Law of Attraction" -Para aquellos que creen que el amor lo cambia todo "Genial ...

Reacción en cadena nuclear- una reacción de fisión autosostenida de núcleos pesados, en la que los neutrones se reproducen continuamente, dividiendo cada vez más núcleos. El núcleo de uranio-235 bajo la acción de un neutrón se divide en dos fragmentos radiactivos de masa desigual, que se dispersan a altas velocidades en diferentes direcciones y dos o tres neutrones. Reacciones en cadena controladas realizadas en reactores nucleares o calderas nucleares. En la actualidad reacciones en cadena controladas se llevan a cabo en los isótopos de uranio-235, uranio-233 (obtenido artificialmente a partir de torio-232), plutonio-239 (obtenido artificialmente de la herida-238), así como plutonio-241. Una tarea muy importante es la separación de su isótopo, el uranio-235, del uranio natural. Desde los primeros pasos del desarrollo tecnología nuclear De importancia decisiva fue el uso de uranio-235, cuya producción en su forma pura fue, sin embargo, técnicamente difícil, porque el uranio-238 y el uranio-235 son químicamente inseparables.

50. Reactores nucleares. Perspectivas para el uso de energía termonuclear.

Reactor nuclear es un dispositivo en el que se lleva a cabo una reacción nuclear en cadena controlada, acompañada de la liberación de energía. El primer reactor nuclear se construyó y puso en marcha en diciembre de 1942 en los EE. UU. Bajo el liderazgo de E. Fermi. El primer reactor construido fuera de Estados Unidos fue el ZEEP, lanzado en Canadá el 25 de diciembre de 1946. En Europa, el primer reactor nuclear fue la unidad F-1, que se puso en funcionamiento el 25 de diciembre de 1946 en Moscú bajo el liderazgo de I. V. Kurchatov. Para 1978, alrededor de un centenar de reactores nucleares ya estaban operando en el mundo. diferentes tipos... Las partes constituyentes de cualquier reactor nuclear son: un núcleo con combustible nuclear, generalmente rodeado por un reflector de neutrones, un refrigerante, un sistema de control de reacción en cadena, protección radiológica y un sistema de control remoto. La vasija del reactor está sujeta a desgaste (especialmente por radiación ionizante). La principal característica de un reactor nuclear es su potencia. Una potencia de 1 MW corresponde a una reacción en cadena en la que ocurren 3 × 10 16 eventos de fisión en 1 segundo. La investigación sobre la física del plasma de alta temperatura se lleva a cabo principalmente en relación con la perspectiva de crear un reactor termonuclear. Los parámetros más cercanos al reactor son las instalaciones de tipo tokamak. En 1968, se anunció que se alcanzó la temperatura del plasma de diez millones de grados en la instalación T-3, y es en el desarrollo de esta dirección que los esfuerzos de los científicos de muchos países se han concentrado durante las últimas décadas. diferentes paises tokamak ITER. Se prevé el uso a gran escala de reactores termonucleares en la ingeniería energética en la segunda mitad del siglo XXI. Además de los tokamaks, existen otros tipos de trampas magnéticas para confinar plasma de alta temperatura, por ejemplo, las llamadas trampas abiertas . Debido a una serie de características, pueden contener plasma a alta presión y, por lo tanto, tienen buenas perspectivas como fuentes poderosas de neutrones termonucleares y, en el futuro, como reactores termonucleares.

Los éxitos conseguidos en últimos años en el Instituto de Física Nuclear SB RAS en estudios de trampas abiertas simétricas modernas indican que este enfoque es prometedor. Estos estudios continúan y, al mismo tiempo, el INP está trabajando en un proyecto para una instalación de próxima generación, donde será posible demostrar parámetros del plasma cercanos a los del reactor.