запустити on-line скачати

Модель складається з 4 частин:

• розпад полонія у природі;
• розпад урана-235 при влучанні нейтрона;
• дія нейтрона на уран-238, дія нейтрона на суміш урана 235 та 238;
• принцип дії ядерного реактора.

Дослідження кори Землі показали, що у ній в помітній кількості є лише два елементи з важкими нестійкими ядрами уран і торій. Перший на 99.3% складається з ізотому урана-238, а менш стійкого урану-325 в ньому лише 0,7%. У природних умавах обидва ядра нестійкі, але мають чималий період піврозпаду і поступово перетворюються на сійкі ядра свинцю шляхом кількох стадій різної тривалості з викиданням альфа, ветта і гамма-випромінювання.

Серед проміжних ядер є і полоній,  є першии елементом, відкритим за радіоактивними властивостями П. Кюрі і М. Склодовською-Кюрі в 1898 р. при дослідженні уранової руди. Названий на честь Польщі (лат. Polonia) – батьківщини М. Склодовської-Кюрі.

Показуємо першу частину моделі із альфа-розпадом полонию.

Існує і другий спосіб поділу ядер урану-235: миттєвий поділ на два уламки близьких мас і виділенням 2-3 нейтронів у момент поділу. Таким способом самовільно (спонтанно) поділяється лише дуже мала частина усіх ядер, але саме він дозволив створити ядерну зброю та ядерні реактори.

Якщо у ядро урану-235 влучає нейтрон, то воно розпадаєтся на дві частини з виділенням 2-3 нейтронів.

Показуємо другу частину моделі.

Що відбудеться, якщо шматок урана-235 має досить великі розміри (його маса перевищує критичне значення)? Утворені при поділах ядер навпал нейтрони можуть до свого вильоту за межі шматка поділити нові ядра урана-235. Відбувається так звана ланцюгова реакція: поділ хоча б одного ядра викликає ланцюг наступних поділів нових ядер із швидким збільшенням виділення енергії. Надкритична маса, яку утворюють з докритичних, вибухає як десятки тисяч тонн хімічної вибухівки.

Вмикаємо третю частину моделі, встановлюємо велику кількість ядер урану-235, вмикаємо паузу, випромінюємо нейтрон, показуємо покроково розвиток ланцюгової реакції, потім вимикаємо покроковий режим і показуємо швидкий розвиток ланцюгової реакції.

Уран-238 при влучанні нейтрону не розпадаєтся, а поглинає нейтрон. Оскільки в природній руді урана-238 значно більше порівняно із ураном-235, то ланцюгова реакція не розвивається.

Встановлюємо в третій частині моделі біля 25 ядер урану-235 та 75 ядер урану-238. Демонструємо.

Але якщо велику кількість стержнів з природного урану перекладати шарами чистого графіту, то рано чи пізно буде перейдена критична межа і ця купа стане сама собою шидко розігріватись, випромінючи в усі боки небезпечні для людини нейтрони. Утвориться урановий реактор - пристрій для виділення енергій поділу ядер урану.

Чудо перетворення "купи" в джерело енергії пояснюється так: рідкі спнтанні поділи урана-235 у природному урані утворюють два-три нейтрони з досить великими швидкостями. У масивному шматку природного урану з імовірністю 130/1 вони потрапляютья у уран 238 і викликають процес перетворення у плутоній. Хоча плутоній теє є ядерною вибухівкою, але він виникає у різних точках і не може утворити критичну масу. Якщо ж нейтрони потрапляють у графіт, то внаслідок зіткнень з його ядрами вони сповільнюються. Такі повільні нейтрони уран-235 втягує в себе, наче пилосос. Причина цього полягає в тому, що у ядра урана-235 непарна кількість нейтронів і воно у кілька тисяч разів перевищує уран-238 за імовірністю захоплення повільного нейтрона. Починається розвиток ланцюгової реакції, і реактор швидко саморозігріваєтся.

Якщо відсутні (або вимкнені, як у 1986 році на Чорнобильській АЕС) системи керування ланцюговою реакцією, то може статися катастрофа. У нормально працюючому реакторі система керування підтримує необхідний  рівень виділення енергії, а теплоносій (стиснена вода і газ) відводить виділену енергію у вигляді гарячої пари у парову турбіну, де виробляється електроенергія.

Вмикаємо четверту частину моделі і демонструємо роботу системи керування (стрежні, що поглинаються нейтрони).

Використана література

1. Корсак К.В. Фізика: Для вступників до вищих навчальних закладів. - 3-є вид. - К.: Либідь, 1995. - 240 с.