ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-методической работы.

Одним из современных источников энергии, не зависящей от солнечной, является ядерная энергия. Запасы органического топлива постоянно уменьшаются, а широкомасштабное использование гидроэнергии заметно влияет на климат.

Поэтому разработка безопасных при эксплуатации атомных электростанций нового поколения является актуальной проблемой. Таким образом, формирование интереса к этой проблеме со студенческих лет послужит залогом для самостоятельного приобретения глубоких знаний в будущем.

При помощи модели цепной реакции, собранной на пластике размером 92 ґ123 см, демонстрируется деление ядер урана ₉₂u²³⁵ при захвате ими медленных нейтронов, то есть управляемая цепная реакция.

Переключающее устройство собрано по следующему принципу: каждое реле, включающее лампочку или группу лампочек, включает (замыкает) последующее реле и выключает (размыкает) предыдущее. Последнее или пятое реле включает первое и выключает четвертое.

Лампочки на 6,3 В питаются от силового трансформатора второго класса. Переключающее устройство можно питать и от отдельного источника постоянного тока на 15-18 В.

При включении источника на 6,3 В горят только лампочки, изображающие ядра, через нормально замкнутые контакты реле. Затем срабатывает реле Р ₁, загорается первый нейтрон и одновременно гаснет первое ядро, что соответствует захвату ядром медленного нейтрона с последующим развалом его; потом срабатывает реле Р ₂, загораются продукты распада первого ядра и гаснет второе ядро, что в свою очередь отображает захват медленного нейтрона, освобожденного при делении первого ядра, ядром вторым и его развал; далее срабатывает реле Р ₃, загораются продукты распада второго ядра и гаснут ядра 3 и 4; срабатывание реле Р ₄ включает продукты распада третьего и четвертого ядра. Затем срабатывает реле Р ₅, выключаются все продукты распада и включаются все ядра.

Частота повторения всего процесса зависит от величины напряжения, питающего переключающее устройство, от емкости конденсаторов и от величины сопротивлений.

Лампочка, изображающая ядро урана ₉₂u²³⁵ горит постоянно. Лампочки с патронами и колпачками от елочной гирлянды, ядра, осколки деления и нейтроны разного цвета. Демонстрация эффектная и зрелищная.

Однако, захват нейтрона ядром урана - 238 приводит к образованию трансуранового элемента плутония, который является ядерным горючим, как и уран - 235, то есть делится при захвате нейтрона. Процесс происходит по схеме:

₉₂u²³⁸ + ₀п ¹®₉₂u²³⁹®₉₃np²³⁹ + _-1е ⁰,

то есть вначале образуется радиоактивный изотоп ₉₂u²³⁵ с периодом полураспада
23 мин, распад которого приводит к возникновению первого трансуранового элемента - нептуния.

Распад b-радиоактивного нептуния с периодом полураспада 2,3 суток сопровождается образованием следующего трансуранового элемента - плутония.

₉₃n²³⁹®₉₄Р u²³⁹+ _-1е ⁰.

Такая идея была выдвинута Э. Ферми. Плутоний как и u -235 делится при захвате медленных нейтронов.

Природный химически чистый уран содержит 0,7 % ₉₂u²³⁵ и 99,3 % ₉₂u²³⁸. Нейтроны же, возникающие в ходе деления являются быстрыми. Для уменьшения их энергии используются замедлители: тяжелая вода, графит, соединения бериллия. При многократном рассеянии на ядрах замедлителей нейтроны теряют свою энергию до требуемой величины.

Размер и масса делящегося вещества должны быть не меньше некоторой, так называемой критической величины. Иначе нейтроны будут просто уходить из объема урана, не вызывая деления. Для уранового блока в виде шара критический радиус составляет примерно 15 см, а критическая масса - примерно 10 кг.

Для того чтобы реакция деления была управляемой, необходимо регулировать коэффициент размножения нейтронов, что осуществляется с помощью поглотителей нейтронов. Коэффициент размножения нейтронов К должен быть лишь немного больше единицы, иначе реакция станет неуправляемой и пойдет настолько быстро, что произойдет взрыв.

Перечисленные условия определяют устройство ядерного реактора.

Продукты деления радиоактивны, поэтому реактор должен иметь надежную защиту от излучений в виде свинцовой стены толщиной примерно 15 см и бетонной стены толщиной примерно 1,5 м. Такая громоздкая защита создает внушительные размеры и вес атомного реактора.

Поэтому понятно, что применение атомных двигателей на транспорте ограничивается их большим весом.

Схему реакции изображают лампочки с цветными колпачками от елочных гирлянд. Процесс реакции показывается с соответствующим включением по очередности ламп, изображающих нейтроны и ядра радиоактивные. Процесс управляется "вечным" автоматическим переключателем, собранным на электромагнитных реле.