Закон сохранения изотопического спина

Если процесс происходит в результате сильного взаимодействия, то суммарный изоспин и его проекция I_z сохраняются. В электромагнитных процессах сохраняется только проекция изоспина. В слабых взаимодействиях изоспин и его проекция не сохраняются.. Закон сохранения изотопического спина - аддитивный закон.
Для реакции a + A b + B, идущей через сильное взаимодействие

a + A = b + B,

(cl.25)

где _a, _A, _b, _B - изотопические спины частиц (ядер) a, A, b, B во входном и выходном каналах.
Ядро в различных энергетических состояниях может иметь различные значения изоспина от
I_min = (N-Z)/2 до I_max = A/2).
Проекция изоспина для ядра I_z равна сумме прекций изоспинов всех нуклонов:

Численная величина изоспина основного состояния ядра равна модулю его проекции I_z

11.

Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным(самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер —экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

12. Цепные реакции — химические и ядерные реакции, в которых появление активной частицы (свободного радикала или атома в химических, нейтрона в ядерных процессах) вызывает большое число (цепь) последовательных превращений неактивных молекул или ядер. Свободные радикалы и многие атомы, в отличие от молекул, обладают свободными ненасыщенными валентностями (непарным электроном), что приводит к их взаимодействию с исходными молекулами. При столкновении свободного радикала (R^•) с молекулой происходит разрыв одной из валентных связей последней, и, таким образом, в результате реакции образуется новый свободный радикал, который, в свою очередь, реагирует с другой молекулой — происходит цепная реакция. Цепная ядерная реакция является основой для ядерной энергетики и ядерного оружия.

Я́дерный реа́ктор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии.

Классификация

[править]По назначению

По характеру использования ядерные реакторы делятся на^[5][6][7]:

§ Энергетические реакторы, предназначенные для получения электрической и тепловой энергии, используемой в энергетике, а также для опреснения морской воды (реакторы для опреснения также относят к промышленным). Основное применение такие реакторы получили на атомных электростанциях. Тепловая мощность современных энергетических реакторов достигает 5 ГВт. В отдельную группу выделяют:

§ Транспортные реакторы, предназначенные для снабжением энергией двигатели транспортных средств. Наиболее широкие группы применения — морские траспортные реакторы, применяющиеся на подводных лодках и различных надводных судах, а также реакторы, применяющиеся в космической технике.

§ Экспериментальные реакторы, предназначенные для изучения различных физических величин, значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации ядерных реакторов; мощность таких реакторов не превышает нескольких кВт.

§ Исследовательские реакторы, в которых потоки нейтронов и гамма-квантов, создаваемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в т. ч. деталей ядерных реакторов), для производства изотопов. Мощность исследовательских реакторов не превосходит 100 МВт. Выделяющаяся энергия, как правило, не используется.

§ Промышленные (оружейные, изотопные) реакторы, используемые для наработки изотопов, применяющихся в различных областях. Наиболее широко используются для производства ядерных оружейных материалов, например ²³⁹Pu. Также к промышленным относят реакторы, использующиеся для опреснения морской воды.

Часто реакторы применяются для решения двух и более различных задач, в таком случае они называются многоцелевыми. Например, некоторые энергетические реакторы, особенно на заре атомной энергетики, предназначались, в основном, для экспериментов. Реакторы на быстрых нейтронах могут быть одновременно и энергетическими, и нарабатывать изотопы. Промышленные реакторы кроме своей основной задачи часто вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

[править]По спектру нейтронов

§ Реактор на тепловых (медленных) нейтронах («тепловой реактор»)

§ Реактор на быстрых нейтронах («быстрый реактор»)

§ Реактор на промежуточных нейтронах

§ Реактор со смешанным спектром

[править]По размещению топлива

§ Гетерогенные реакторы, где топливо размещается в активной зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится замедлитель;

§ Гомогенные реакторы, где топливо и замедлитель представляют однородную смесь (гомогенную систему).

В гетерогенном реакторе топливо и замедлитель могут быть пространственно разнесены, в частности, в полостном реакторе замедлитель-отражатель окружает полость с топливом, не содержащим замедлителя. С ядерно-физической точки зрения критерием гомогенности/гетерогенности является не конструктивное исполнение, а размещение блоков топлива на расстоянии, превышающем длину замедления нейтронов в данном замедлителе. Так, реакторы с так называемой «тесной решёткой» рассчитываются, как гомогенные, хотя в них топливо обычно отделено от замедлителя.

Блоки ядерного топлива в гетерогенном реакторе называются тепловыделяющими сборками (ТВС), которые размещаются в активной зоне в узлах правильной решётки, образуя ячейки.

[править]По виду топлива

§ изотопы урана 235, 238, 233 (²³⁵U, ²³⁸U, ²³³U)

§ изотоп плутония 239 (²³⁹Pu), также изотопы ^239-242Pu в виде смеси с ²³⁸U (MOX-топливо)

§ изотоп тория 232 (²³²Th) (посредством преобразования в ²³³U)

По степени обогащения:

§ природный уран

§ слабо обогащённый уран

§ высоко обогащённый уран

По химическому составу:

§ металлический U

§ UO₂ (диоксид урана)

§ UC (карбид урана) и т. д.

[править]По виду теплоносителя

§ H₂O (вода, см. Водо-водяной реактор)

§ Газ, (см. Графито-газовый реактор)

§ D₂O (тяжёлая вода, см. Тяжеловодный ядерный реактор, CANDU)

§ Реактор с органическим теплоносителем

§ Реактор с жидкометаллическим теплоносителем

§ Реактор на расплавах солей

§ Реактор с твердым теплоносителем

[править]По роду замедлителя

§ С (графит, см. Графито-газовый реактор, Графито-водный реактор)

§ H₂O (вода, см. Легководный реактор, Водо-водяной реактор, ВВЭР)

§ D₂O (тяжёлая вода, см. Тяжеловодный ядерный реактор, CANDU)

§ Be, BeO

§ Гидриды металлов

§ Без замедлителя (см. Реактор на быстрых нейтронах)

[править]По конструкции

§ Корпусные реакторы

§ Канальные реакторы

13. Термоядерная реа́кция (синоним: ядерная реакция синтеза) — разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые ядра.

Реакция синтеза атомных ядер.

Реакция синтеза легких ядер может начаться и протекать лишь при нагреве вещества до температуры, при которой кинетическая энергия теплового движения ядер становится достаточной для преодоления сил взаимного электрического отталкивания, действующих между ними.

Реакции синтеза легких ядер, эффективно протекающие в условиях нагрева вещества до температуры десятков миллионов градусов и более, называются термоядерными.

Наиболее легко протекает реакция синтеза между ядрами изотопов водорода дейтерия и трития. Значительно более вы­сокая температура требуется для реакций синтеза между ядрами только дейтерия, а также между ядрами только трития.

Реакция синтеза ядер происходит с большой скоростью, при этом выделяется достаточно большое количество энергии. Например, один акт слияния дейтерия и трития длится несколько наносекунд (1 нс=10-9 с) с выделением энергии, равной 17,6 МэВ, и испусканием нейтрона высокой энергии.

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра.

Но возникают новые проблемы. Это может удивить, поскольку термоядерная бомба уже давно существует. Если удалось эту бомбу взорвать, то почему нельзя построить термоядерный реактор? Чтобы произвести термоядерный взрыв, нужен запал в виде цепной реакции деления. Но для силового термоядерного реактора нужен запал «помягче», чтобы после начала синтеза сохранить жесткий контроль над скоростью процесса — иначе возможен взрыв.
Первая из этих двух проблем не так уж сложна. Мощный электрический ток, звуковые волны высокой энергии, лазерные лучи и тому подобные средства могут быстро создать температуру в миллионы градусов. Технически такой процесс вполне осуществим