Що таке ядерна ланцюгова реакція?

Реакція ділення ядра відбувається, коли атоми нестійкого елемента бомбардуються нейтронами, розщеплюючи ядро ​​кожного атома на менші частини. Якщо при розщепленні кожного ядра виділяється кілька високошвидкісних нейтронів, які потім можуть розщепити більше ядер елемента, відбувається ланцюгова реакція. Коли зайві нейтрони розщеплюють більше ядер, виділяється більше енергії, і ланцюгова реакція може призвести до вибуху, такого як ядерна бомба. Якщо ланцюгову реакцію контролювати шляхом видалення частини зайвих нейтронів, енергія все одно виділяється у вигляді тепла, але вибуху можна уникнути. Ядерна ланцюгова реакція - це один із трьох типів ядерних реакцій, які мають різні характеристики і можуть використовуватися по-різному.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Ядерна ланцюгова реакція - це реакція поділу, яка виділяє зайві нейтрони. Нейтрони розщеплюють додаткові атоми, виділяючи ще більше нейтронів. Оскільки кількість випромінених нейтронів і кількість розщеплених атомів зростає в геометричній прогресії, це може призвести до ядерного вибуху.

Ядро атома зберігає багато енергії, яка може служити корисним цілям. Три типи ядерних реакцій, що використовують ядерну енергію, - це випромінювання, поділ і синтез. Медичні та промислові рентгенівські апарати використовують випромінювання від радіоактивних елементів для створення зображень тіла або для випробування матеріалів. Електростанції та ядерна зброя використовують ядерний поділ для виробництва енергії. Ядерний синтез живить Сонце, але вчені не змогли створити довготривалу реакцію ядерного синтезу на Землі, хоча зусилля продовжуються. З цих трьох типів ядерних реакцій лише ділення може створити ланцюгову реакцію.

Ключовим для ядерної ланцюгової реакції є забезпечення того, що реакція генерує додаткові нейтрони і що нейтрони розщеплюють більше атомів. Оскільки елемент уран-235 виробляє кілька нейтронів для кожного розщепленого атома, цей ізотоп урану використовується в ядерних енергетичних реакторах та ядерній зброї.

Форма і маса урану впливають на те, чи може відбуватися ланцюгова реакція. Якщо маса урану занадто мала, занадто багато нейтронів викидається за межі урану і втрачається в результаті реакції. Якщо уран неправильної форми, наприклад, плоский лист, втрачається також занадто багато нейтронів. Ідеальна форма - тверда маса, досить велика для початку ланцюгової реакції. У цьому випадку зайві нейтрони потрапляють на інші атоми, і ефект розмноження призводить до ланцюгової реакції.

Єдиний спосіб контролю або зупинки ядерної ланцюгової реакції - зупинити розщеплення нейтронів більше атомів. Контрольні стрижні, виготовлені з нейтронопоглинального елемента, такого як бор, зменшують кількість вільних нейтронів і виводять їх із реакції. Цей метод використовується для контролю кількості енергії, що виробляється реактором, і для забезпечення того, щоб ядерна реакція залишалася під контролем.

На атомній електростанції контрольні штоки піднімають і опускають у уранове паливо. При повному опусканні всі стержні оточені паливом і поглинають більшу частину нейтронів. У цьому випадку ланцюгова реакція зупиняється. Коли палички піднімаються, менше кожного стрижня поглинає нейтрони, і ланцюгова реакція прискорюється. Таким чином оператори атомної електростанції можуть контролювати і зупиняти ядерну ланцюгову реакцію.

Хоча ядерні ланцюгові реакції на електростанціях у всьому світі дають значну кількість електроенергії, атомні електростанції мають дві основні проблеми. По-перше, завжди існує ризик того, що система управління на основі стрижнів управління не буде працювати через технічні несправності, людські помилки або саботаж. У цьому випадку може статися вибух або викид радіації. По-друге, використане паливо є високорадіоактивним, і його слід безпечно зберігати протягом тисяч років. Ця проблема досі не вирішена, і відпрацьоване паливо в більшості випадків залишається на різних атомних електростанціях. Як наслідок, практичне використання ланцюгових ядерних реакцій зменшилось у багатьох країнах, у тому числі в США.