Question

Когда цепная ядерная реакция протекает стационарно? Прекращается? Происходит взрыв?

Answer 1

Ответ:

Превращение вещества сопровождается выделением свободной энергии лишь в том случае, если вещество обладает запасом энергии. Последнее означает, что микрочастицы вещества находятся в состоянии с энергией покоя большей, чем в другом возможном, переход в которое существует. Самопроизвольному переходу всегда препятствует энергетический барьер, для преодоления которого микрочастица должна получить извне какое-то количество энергии — энергии возбуждения. Экзоэнергетическая реакция состоит в том, что в следующем за возбуждением превращении выделяется энергии больше, чем требуется для возбуждения процесса. Существуют два способа преодоления энергетического барьера: либо за счёт кинетической энергии сталкивающихся частиц, либо за счёт энергии связи присоединяющейся частицы.

Если иметь в виду макроскопические масштабы энерговыделения, то необходимую для возбуждения реакций кинетическую энергию должны иметь все или сначала хотя бы некоторая доля частиц вещества. Это достижимо только при повышении температуры среды до величины, при которой энергия теплового движения приближается к величине энергетического порога, ограничивающего течение процесса. В случае молекулярных превращений, то есть химических реакций, такое повышение обычно составляет сотни кельвинов, в случае же ядерных реакций — это минимум 107 К из-за очень большой высоты кулоновских барьеров сталкивающихся ядер. Тепловое возбуждение ядерных реакций осуществлено на практике только при синтезе самых лёгких ядер, у которых кулоновские барьеры минимальны (термоядерный синтез).

Возбуждение присоединяющимися частицами не требует большой кинетической энергии, и, следовательно, не зависит от температуры среды, поскольку происходит за счёт неиспользованных связей, присущих частицам сил притяжения. Но зато для возбуждения реакций необходимы сами частицы. И если опять иметь в виду не отдельный акт реакции, а получение энергии в макроскопических масштабах, то это возможно лишь при возникновении цепной реакции. Последняя же возникает, когда возбуждающие реакцию частицы снова появляются как продукты экзоэнергетической реакции.

Answer 2

Цепная ядерная реакция может протекать стационарно в некоторых условиях, но она также может прекратиться или привести к взрыву, в зависимости от различных факторов.

Стационарная цепная ядерная реакция происходит в ядерных реакторах, где поддерживается устойчивое равновесие между разделением и захватом нейтронов. В реакторе используются контрольные стержни для регулирования скорости реакции и поддержания ее на стационарном уровне. В этом случае энергия, производимая в реакторе, используется для генерации электричества или других целей.

Однако цепная ядерная реакция также может прекратиться, если происходит потеря критичности. Это может произойти, если поток нейтронов становится недостаточным для поддержания реакции на саморазмножение. В таком случае реактор переходит в неактивное состояние.

Взрыв ядерной реакции возникает при условии быстрого и неуправляемого увеличения количества деления ядерных материалов, что приводит к очень сильному выделению энергии. Взрывы могут происходить в ядерных бомбах или в чрезвычайных ситуациях в ядерных электростанциях, если не соблюдаются безопасностные меры. Однако взрывная цепная реакция не является типичным или желательным результатом для стационарной работы ядерного реактора или ядерной энергетики в целом.