Шпоры (Прудник). 1. Деление загрязненной территории Республики Беларусь по зонам радиоактивного загрязнения. Характеристика зон. В ноябре 1991 Верховным Советом рб был принят зн О правовом режиме территорий, подвергшихся рактивному загрязн в резте катастрофы на чаэс
 Скачать 257.86 Kb.
|
|
24. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления. Понятие о критической массе.  В 1-м вкте образуется 2 нейтрона, во 2-м – 4, в 3-м– 8… Деление ядра урана сопровождается выделением энергии 210 МэВ. вторичные нейтроны вызывают новые акты деления, т.е. цепную реакцию деления. Минимальное условие поддержания цепной реакции состоит в том, чтобы в среднем при делении каждого ядра возникал хотя бы один нейтрон, вызывающий деление следующего ядра. Коэффициент размножения нейтронов К – это отношение числа нейтронов Ni i-го поколения в числу нейтронов предшествующего поколения Ni-1: K=Ni/Ni-1 Скорость нарастания реакции определяется величиной коэффициента размножения нейтронов и средним временем жизни одного поколения нейтронов. Время жизни одного поколения 10-7...10-8сек. Система, в которой К=1, называется критической системой. В этом случае цепная реакция идет с постоянным числом нейтронов, что имеет место при нормальной работе атомного реактора. ЕслиК<1, то система называется подкритической. Цепная реакция в ней нарастает или затухает при запуске или остановке реактора, что соответствует запуску или остановке атомного реактора. ПриК>1 система называется надкритической. В ней идет цепная реакция с нарастающим числом нейтронов. При этом из-за малого значения времени жизни одного поколения число нейтронов увеличивается очень быстро и реакция принимает взрывной характер, что характерно для ядерного взрыва. Ядерная цепная реакция может протекать при выполнении ряда условий: 1. Уран-238 должен быть очищен от примесей с целью уменьшения захвата нейтронов и образования ядер плутония-239. 2. В случае цепной реакции на быстрых нейтронах необходимо обогащение естественного урана-238 изотопом урана-235 (≈ 15%). 3. Если цепная реакция планируется на тепловых нейтронах то: а) увеличивают процент обогащения урана-238 (более 20 %); б) применяют замедлители, которые преобразуют быстрые нейтроны в тепловые. В качестве замедлителей применяются вещества, имеющие малую плотность. Такими веществами являются тяжелая вода Д2О и углерод С. 4. понижение вероятности радиационного захвата нейтронов - вместо однородной смеси урана и замедлителя (гомогенная система) применяются чередующиеся блоки этих веществ (гетерогенная система). 5. Для осуществления цепной реакции наиболее выгодна система, форма которой близка к сферической. Утечка нейтронов через поверхность будет минимальной. 6. Цепная реакция будет протекать лишь в том случае, когда ядерного топлива будет достаточно. Мин. масса топлива, при которой еще протекает ядерная реакция, называется критической массой. Для сферы из чистого урана-235 критическая масса равна 9 кг. Но если тот же уран прослоен тонкими полиэтиленовыми пленками и окружен бериллиевым отражателем, то критическая масса снижается до 240 г. Отражатель служит для возвращения нейтронов в зону реакции. 25. Конструкция и принцип работы ядерного реактора типа РБМК. Яд.реак. – это устр., в к-ом осущ-тся управл. ядерная цепная реакция деления, сопровожд выдел. тепла и используемая для производства электроэнергии. Осн. типы: 1. РБМК-1000 (реактор большой мощности канальный, 1тыс.МВт.) 2. ВВЭР (водо-водянной энергетический реак.) 3. Реакторы на быстрых нейтронах.  Схема реактора РБМК: 1 – ядерное топливо (ТВЭЛы); 2 – замедлитель; 3 – отражатель нейтронов; 4 – отражатель нейтронов; 5 – регулирующие стержни; 6 – теплоноситель. Активная зона - цилиндрическая кладка, сост. из отдельных, собранных в вертикальные колонны графитовых блоков, выполняющих роль замедлителя. В графитовых колонах проходит 1660 вертикальных технологических каналов, предназначенных для кассет с ядерным топливом. Ядерное топливо представляет собой таблетки черного цвета диаметром около 1 см и высотой – 1,5 см. Они содержат 2% изотопа 235 и 98% урана-238. Двести таблеток ядерного топлива загружаются в трубки длиной 3,5 м, диаметром 1,35 см, изготовленной из циркониевого сплава. Такая трубка называется тепловыделяющим элементом (ТВЭЛ). ТВЭЛы собираются в кассеты, называемые «сборками» В процессе работы реактора ТВЭЛы охлаждаются потоками теплоносителя, проходящими по технологическим каналам. В качестве теплоносителя используется обыкновенная вода. Активную зону реактора окружают отражателем нейтронов, способствующим уменьшению утечки нейтронов из активной зоны путем их отражения обратно в зону. Для управления ядерной реакцией, происходящей в ТВЭЛах, в специальные каналы вводятся регулирующие стержни, которые могут свободно перемещаться по специальным каналам. Вокруг активной зоны реактора располагается биологическая защита от мощных потоков нейтронов, а также от альфа-, бета- и гамма-излучений. В качестве многометрового слоя биологической защиты используется углеродистая сталь, песок, бетон, галька и вода. Принцип работы. В результате деления ядер урана-235 вторичные быстрые нейтроны выходят из ТВЭЛов и попадают в графитовый замедлитель. Проходя по замедлителю, они теряют часть своей энергии и, уже являясь тепловыми, вновь попадают в ТВЭЛы и участвуют в дальнейшем процессе деления ядер урана-235. Энергия цепной ядерной реакции выделяется в виде кинетической энергии осколков деления, вторичных нейтронов, альфа- и бета-частиц, гамма-квантов и некоторых других элементарных частиц. В результате этого происходит разогрев ТВЭЛов и графитовой кладки замедлителя. Теплоноситель, в качестве которого используется вода, двигаясь в технологических каналах снизу вверх под давлением 70 атм, охлаждает активную зону реактора. В результате происходит нагрев теплоносителя до 284С. Происходит частичное превращение теплоносителя в пар.  Принципиальная схема АЭС с РБМК: 1 – активная зона реактора; 2 – поток теплоносителя; 3 – сепаратор; 4 – паровая турбина; 5 – генератор электрического тока; 6 – технологический конденсатор; 7 – циркуляционный насос. Пароводяная смесь попадает по трубопроводам в сепаратор, который служит для отделения воды от пара. Насыщенный пар под давлением попадает на лопасти турбины, связанной с генератором электрического тока. Оставшийся пар направляется в технологический конденсатор, конденсируется, смешивается с теплоносителем, поступающим из сепаратора, и под давлением, создаваемым циркуляционным насосом, вновь поступает в технологические каналы активной зоны реактора. Состояние реактора с точки зрения критичности (способности к поддержанию цепной реакции деления) характеризуют реактивностью ρ=К-1/К (К – коэф. размнож. нейтронов) На реактивность реактора оказывают влияние: 1. температура температурный коэффициент реактивности αт= ρ(T2)-ρ(T1) / T2-T1 αт<0 – работа реакт. устойчива; αт>0 - требуется ее регулировка мощности. 2. образование новых радиоактивных ядер. Состав активной зоны значительно изменяется за счет появления новых радионуклидов, разнообразных радиоактивных превращений. Это приводит к отравлению и шлакованию. Отравление – образование новых радионуклидов, кот.хорошо поглощают нейтроны. Шлакование – -//-//-, слабо поглощают нейтроны. 26. Понятие о чрезвычайной ситуации. Признаки их классификации и общая характеристика. Под ЧС понимают внешне неожиданную, внезапно возникающую обстановку, характеризующуюся резким нарушением установившегося процесса или явления и оказывающую значительное отрицательное воздействие на жизнедеятельность населения, функционирование экономики, социальную среду и природную среду. ЧС по происхождению: 1. техногенные - это аварии и катастрофы на радиационно и химически опасных объектах, транспортных средствах, взрывы и пожары, в результате которых образовались разрушения зданий, создалась опасность радиационного, химического и биологического заражения местности, возникли другие последствия, создающие угрозу населению и окружающей среде. Под аварией понимают внезапную остановку работы или нарушение процесса производства на промышленном предприятии, транспорте или другом объекте, приводящее к повреждению или уничтожению материальных ценностей. Под катастрофой понимают внезапное бедствие, влекущее за собой уничтожение материальных ценностей и гибель людей. Характер последствий аварий и катастроф зависит от их вида, масштабов и особенностей предприятий, на которых они возникли 2. природные - стихийные бедствия – явления природы, которые вызывают экстремальные ситуации, нарушают нормальную жизнедеятельность людей и работу ОНХ (наводнения, землетрясения, бури, ураганы и смерчи…) 3. экологические – изменения сост. возд., воды и почвы. 4. биологические 5. социально-полит – военные конфликты.ЧС по скорости распространения: 1. Внезапные - землетрясения, взрывы, транспортные аварии и катастрофы 2. Стремительные - пожары, аварии с выбросом СДЯВ 3. Умеренные - паводковые наводнения, аварии с выбросом радиоактивных веществ 4. Плавные - засухи, эпидемии, загрязнения воды и почвы. По масштабу распространения ЧС: 1. Объектовые - ограничиваются пределами объекта. Ликвидацией последствий занимаются невоенизированные формирования ГО под руководством нач. ГО объекта. 2. Местные - ограничиваются пределами города, района, области. Для ликвидации - объектовые и территориальные невоенизированные формирования ГО, в некоторых случаях воинские части ГО. Работами руководят соответствующие комиссии по ЧС, которые создаются в районах и городах на время работы, а в областях – существуют постоянно. 3. Региональные - ограничиваются несколькими обл. или территорией республики. Для ликвидации последствий таких ситуаций привлекаются невоенизированные формирования городов и сельской местности, воинские части ГО, а также силы и средства Министерств обороны, по чрезвычайным ситуациям и здравоохранения. Руководят областные комиссии по ЧС области. 4. Национальные - ограничиваются территорией одного или нескольких государств (республик). Для ликвидации последствий - силы и средства государства, на территории которого произошла ситуация. Руководят работами государственные (республиканские) комиссии по ЧС. 5. Глобальные - распространяются на несколько государств и последствия их выходят за пределы границ СНГ. Для ликвидации последствий - все виды сил и средств гражданской обороны, взаимодействующих министерств (ведомств) республик, а также могут оказывать помощь силы и средства дальнего зарубежья. Руководят республиканские комиссии по ЧС. 27. Взаимодействие бета-частиц с веществом. Понятие о тормозном излучении. По сравнению с α-частицами прохождение β-частиц через в-во имеет свои особенности. Основная особенность обусловлена малой массой электрона и позитрона по сравнению с массой α-частицы. При взаимодействии β-частицы с в-вом имеют место как ионизационные, так и радиационные потери. Механизм ионизационных потерь для β-частиц такой же, как и для α-частиц. Потери энергии на ионизацию - (dE/dx)ион=Eβ2*ne/ Vβ2 Однако ионизационные потери для β-частиц во много раз меньше, чем для α-частиц, так как масса α-частицы значительно больше массы электрона. Поэтому у α-частиц и β-частиц различная проникающая способность. При одинаковых энергиях скорость тяжелой частицы (α-частицы) меньше скорости легкой частицы (β-частицы). α-частицы теряют свою первоначальную энергию на меньшем расстоянии при движении в веществе, чем пролетающие в веществе электроны (β-частицы). В воздухе α-частица проходит несколько см, а β-частица - десятки м. При движении через в-во β-частиц в результате взаимодействия одной из них с электроном вещества происходит изменение направления движения β-частицы. Поэтому траектория движения β-частицы в веществе представляет собой ломаную линию. При взаимодействии β-частиц с ядром имеет место перераспределение кинетической энергии между ядром и частицей. Поэтому такое взаимодействие является упругим столкновением. Потери энергии частицы при взаимодействии с ядрами вещества невелики, так как масса частицы меньше массы ядра и число ядер в веществе во много раз меньше числа электронов. Кроме того, за счет заряда протонов ядра вокруг него создается кулоновское поле. Кулоновские силы пропорциональны заряду ядра. Под действием кулоновских сил заряженная β-частица, имея малую массу, получает ускорение. Согласно классической электродинамике любая заряженная частица, движущаяся с ускорением, излучает электромагнитные волны, интенсивность которых пропорциональна квадрату ускорения частицы. Это излучение называется тормозным, а длина его волны соответствует длине волны рентгеновского излучения. Потери на тормозное излучение существенны для легких частиц-электронов. Эти причины приводят к тому, что потери энергии частицы на взаимодействия с ядрами, т.е. радиационные потери -(dE/dx)рад, значительно меньше потерь энергии частицы на ионизацию и оцениваются выражением -(dE/dx)рад=Eβ 2/ mβ 2 28. Характеристика ядер и энергия их связи. Понятие об удельной энергии связи ядра. Атом состоит из + заряженного ядра и окружающих его электронов. В ядре сосредоточена почти вся масса атома (> 99,95%). Размеры ядер имеют порядок 10-15...10-10м, в то время как линейные размеры атомов порядка 10-10м. Массу частиц в ядерной физике принято выражать либо в (а.е.м.), либо в единицах энергии покоя частицы-мегаэлектронвольтах (МэВ). Энергия покоя находится в соответствии с формулой взаимосвязи массы (m) и энергии (E) E=mc2 Соотношение различных единиц массы можно представить равенством 1 а.е.м. = 1,661*10-27кг = 931,5 МэВ. Ядра состоят из двух элементарных частиц - протонов и нейтронов. Протон представляет собой ядро простейшего атома-водорода. Он имеет положительный заряд, численно равный заряду электрона e = 1,6*10-19Кл, и массу покоя mр = 1,6726*10-27кг = 1836mе, где mе – масса покоя электрона. Масса покоя – это масса частицы (тела), измеренная в той системе координат, где частица неподвижна. Число протонов в ядре называется атомным номером и обозначается буквой Z. Оно совпадает с порядковым номером химического элемента в таблице Менделеева. Очевидно, что заряд ядра равен Z*e, поэтому число Z называют также зарядовым числом ядра. Нейтрон электрически нейтрален, а его масса покоя почти совпадает с массой покоя протона: mn = 1,6794*10-27=1839me. Протоны и нейтроны объединяют общим названием - нуклоны. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом Am: Am = Z+ ne, где ne – количество нейтронов в ядре. Чтобы охарактеризовать химический элемент, используют его символ Х и указывают атомный номер и массовое число ядра AmZХ Ядра, содержащие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называют изотопами. 136C, 126C…166C Наличие в ядре нескольких положительно заряженных протонов свидетельствует о существовании специфических ядерных сил притяжения, которые преобладают над электрическим отталкиванием протонов. Эти силы обеспечивают стабильность ядер. Поэтому ядерными силами называются силы, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре. При образовании ядра должна выделяться некоторая энергия. Соответственно, такое же количество энергии необходимо затратить для разделения ядра на составные части. Энергия связи ядра – это энергия или работа, которую необходимо затратить для расщепления (объединения) ядра на соответствующие его нуклоны без придания им кинетической энергии. 29. Взаимодействие альфа-частиц с веществом. Понятие об ионизационных потерях. Α-частицы, проходя через слой вещества, взаимодействуют с атомными ядрами и электронами. Упругое рассеяние α-частиц на ядрах атомов вещества маловероятно, т.к. масса ядра значительно больше массы частицы, ядро и α-частицы имеют одинаковый (положительный) электрический заряд. В процессе упругого столкновения α-частицы с ядром она отклоняется на малый угол. Таким образом, путь α-частицы в веществе (среде) практически прямолинеен. При неупругом рассеянии энергия α-частицы передается атомным электронам. Получив эту энергию, атомы вещества возбуждаются или ионизируются. И в том, и в другом случае потери энергии частицы называются ионизационными. Если концентрация электронов в веществе равна ne, то потери энергии частицы (ионизационные потери) в результате ее взаимодействия со всеми встречающимися на ее пути электронами будут определяться величиной -(dE/dx)ион – уменьшением энергии частицы на единице пути. Ионизационные потери характеризуются величиной средней потери энергии на единице пути. Эти потери пропорциональны энергии частицы Еα, концентрации электронов в веществе ne и обратно пропорциональны скорости движения частицы V -(dE/dx)ион=Eα2*ne/ Vα2 Потери энергии сильно зависят от скорости частицы - они тем больше, чем меньше скорость частицы. Таким образом, при каждом акте ионизации α-частица выбивает из атома один или несколько электронов. Наиболее быстрые из этих электронов способны создавать вторичную ионизацию, в результате которой вторичные электроны можно зарегистрировать с помощью приборов |