ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

Радиоактивное загрязнение среды обитания


2.4 Решение задач

Задача 3. Кинетическая энергия осколков деления урана составляет
160 МэВ, энергия нейтронов деления — 5 МэВ, энергия g-излучения — 10 МэВ, энергия b-излучения — 10 МэВ. Какая (приблизительно) доля от полной энергии, высвобождаемой в реакторе, высвобождается в стержнях? в замедлителе?

Задача 4. Атомные реакторы на АЭС типа Чернобыльской имеют мощность около 1000 МВт. Оцените, сколько урана потребляет каждый реактор в сутки, если температура теплоносителя равна, примерно 400оС, температура холодильника равна 90 оС.

Задача 5. Как изменяется со временем мощность реактора, если коэффициент размножения нейтронов k<1? k=1? k>1? Среднее время жизни одного поколения нейтронов в реакторе t»0,1 с, коэффициент размножения . Определите время, в течение которого мощность реактора возрастет от 10-6 до 106 Вт.

Решение. При k<1 деление происходит в стационарном режиме, но цепная реакция не идет. При k=1 реактор работает стационарно, при k>1 — взрывоподобно.

Рост числа нейтронов и рост мощности происходят синхронно. Мощность возрастет в 1012 раз, когда число нейтронов возрастет во столько же раз. За время t произойдет n=t/t делений. При этом число нейтронов увеличится в kn раз, или
(3)
Заметим, что , поэтому уравнение (3) можно приближенно записать так
(4)
по условию kn=1012, поэтому из уравнения (5) находим
t=256t×ln1012»707 c»11,8 мин.

Какова причина довольно большой жизни поколения нейтронов? Дело в том, что до того, как нейтрон поглотится и вызовет деление, он проделывает большой путь, рассеиваясь на ядрах замедлителя и на ядрах других веществ, находящихся в реакторе.

Задача 6. При делении ядра урана в реакторе в среднем образуется 2,5 нейтронов. Половина всех нейтронов испытывает захват, не приводящий к делению. Определите долю нейтронов, вылетающих из реактора наружу, если реактор работает в постоянном режиме на полной мощности.

3. Домашнее задание

3.2 Решение задач

Задача 1. При делении ядра изотопа урана-235 образовались осколки с массовыми числами 96 и 138. Сколько свободных нейтронов получилось в этой реакции? Полагая, что общая кинетическая энергия осколков составляет 158 МэВ, определите кинетическую энергию каждого из них.

Задача 2. Мировое потребление энергии составляет примерно 3×1020 Дж в год. При единичном акте деления ядра урана выделяется энергия
200 МэВ. Сколько урана потребовалось бы израсходовать для обеспечения всех современных энергетических потребностей человечества? КПД атомных электростанций принять равным 40%.

занятие 2.1.7

термоядерные реакции.
Биологическое действие радиации

2. Термоядерные реакции

2.1 Постановка задачи. Порог реакции

Расширение использования деления урана и плутония для получения энергии имеет естественный предел — природные запасы этих элементов. Они далеко небезграничны. В то же время, если бы удалось осуществить слияние дейтронов
(1)
в режиме цепной реакции, то можно было бы использовать практически безграничные ресурсы ядерного топлива. Вода в морях и океанах содержит 1/5600 массовую долю тяжелой воды, в которой водород заменен дейтерием. Запас тяжелой воды, а с ней и тяжелого водорода, велик.

Запуск цепной реакции синтеза, в отличие от реакции деления, связан с рядом трудностей. Первую трудность создает заряд сливаемых ядер, приводящий к отталкиванию. Ядерное притяжение становится сравнимым с кулоновским отталкиванием на расстояниях порядка 10-14 м. Для сближения ядер дейтерия на такое расстояние необходимо разогнать их до энергии около 0,2 МэВ (см. задачу 5 из занятия 2.1.2). В масштабах пучков ускоренных частиц это небольшая энергия, однако для достижения тепловой энергии такой величины надо первоначально разогреть газ из тяжелого водорода до температуры порядка миллиарда градусов. Вторая трудность состоит в том, что цепная реакция будет протекать только в том случае, когда выделяющейся энергии будет достаточно для поддержания высокой температуры. В единице объема должно происходить много актов слияния. Это возможно только при достаточной плотности тяжелого водорода.

2.2 Идеи осуществления цепной термоядерной реакции

Неуправляемая термоядерная реакция происходит в термоядерной бомбе. Первоначальный ядерный заряд разогревает окружающий его тяжелый водород до десятков миллионов градусов, часть ядер которого при тепловых столкновениях сливается. Ядерная бомба служит печкой для разогрева плазмы до необходимой температуры.

В настоящее время физики интенсивно ведут разработку технологии разогрева и удержания плотной плазмы (ионизированного газа), содержащей ядра дейтерия, до температуры, достаточной для преодоления ядрами кулоновского барьера. Один из методов состоит в удержании плазмы магнитным полем специальной конфигурации (магнитная бутылка).

Вопрос 1. Плазма находится в магнитном поле, линии которого изображены на рисунке 38. Объясните, почему облако плазмы не расширяется в поперечном к линиям поля направлении. Почему облако плазмы не расширяется в продольном к линиям поля направлении?

2.2.3_38.wmfВ установках “Токамак” используется кольцевое магнитное поле. При этом не возникает проблема продольного удержания.

Задача 1. Чему равен радиус орбиты ядра дейтерия в магнитном поле 1 Тл при энергии 0,1 МэВ?

Другой альтернативный метод состоит в быстром нагреве вещества, находящегося в твердом состоянии. Идея метода состоит в следующем. На шарик замороженной тяжелой воды посылается мощный световой импульс от окружающих его нескольких лазеров. Поверхностный слой мгновенно испаряется и нагревается до высокой температуры. В возникшем газовом слое происходит термоядерный синтез.

Задача 2. Поверхностный слой толщиной 1 мкм ледяного шарика диаметром 2 мм под действием мощного лазерного импульса мгновенно испарился. Оцените давление, с которым слой давит на шарик, если поглощенная энергия равна 1 КДж. Чему равна температура в газовом слое в первые мгновения? Считайте, что при взрыве вода полностью распадается на атомы.

Обоими методами уже были получены результаты — регистрировались нейтроны, указывающие на осуществление реакции (1). Пока, однако, общий энергетический выход в успешно проведенных опытах не позволяет развиться цепной реакции.

Солнце является огромным естественным термоядерным реактором. Основные предполагаемые реакции синтеза, протекающие на Солнце, таковы:
p+p+p+p= He+e++e++ne+ne (2)
(3)

Задача 3. Рассчитайте энергетический выход реакций (2) и (3).

Наглядная картина протекания термоядерных реакций синтеза дана в одном из фрагментов учебного кинофильма “Солнце”.

3. Радиоактивное загрязнение среды обитания

3.1 Естественные источники

Естественная радиоактивность атмосферы обусловлена радиоактивным распадом содержащихся в земной коре элементов U, Th, Ac, вследствие которого образуются радиоактивные газы — радон, торон, актион. Газы имеют малый период полураспада и дают радиоактивные продукты распада, находящиеся в нижних слоях атмосферы. Зафиксированы случаи, когда радон, поднимавшийся через почву из земной коры, накапливался в помещениях железобетонных зданий. Железобетон не пропускает радон, а кирпич и дерево — пропускают, поэтому в кирпичных и деревянных зданиях радон не накапливается. Нахождение длительное время в среде с повышенной концентрацией радона отрицательно влияет на самочувствие людей. Высоко в горах и над океаном воздух почти не содержит радиоактивных изотопов.

Естественная радиоактивность вод обусловлена поступлением радиоактивных веществ из атмосферных осадков, из почвы и из горных пород. Ниже в таблице приведены вклады в радиоактивность одного литра воды нескольких наиболее широко распространенных радиоактивных изотопов (одна единица равна 10-12 Ku/л).

Радиоактивные элементы

226Ra

40K

222Rn

238U

Грунтовые воды

26

200

40

Ручьи и источники

140

7×105

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод