Για την ασφαλή εργασία με πυρηνικά επικίνδυνες σχάσιμες ουσίες, οι παράμετροι του εξοπλισμού πρέπει να είναι λιγότερο από κρίσιμες. Ως ρυθμιστικές παράμετροι για την πυρηνική ασφάλεια χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα: ποσότητα, συγκέντρωση και όγκος πυρηνικά επικίνδυνου σχάσιμου υλικού. διάμετρος εξοπλισμού που έχει κυλινδρικό σχήμα. πάχος του επίπεδου στρώματος για εξοπλισμό σε σχήμα πλάκας. Η τυπική παράμετρος ρυθμίζεται με βάση την επιτρεπόμενη παράμετρο, η οποία είναι μικρότερη από την κρίσιμη και δεν πρέπει να γίνεται υπέρβαση κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο τα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τις κρίσιμες παραμέτρους να βρίσκονται εντός αυστηρά καθορισμένων ορίων. Χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες αποδεκτές παράμετροι: ποσότητα M επιπλέον, όγκος V επιπλέον, διάμετρος D επιπλέον, πάχος στρώσης t επιπλέον.

Χρησιμοποιώντας την εξάρτηση των κρίσιμων παραμέτρων από τη συγκέντρωση ενός πυρηνικά επικίνδυνου σχάσιμου νουκλεϊδίου, προσδιορίζεται η τιμή της κρίσιμης παραμέτρου κάτω από την οποία η SCRD είναι αδύνατη σε οποιαδήποτε συγκέντρωση. Για παράδειγμα, για διαλύματα αλάτων πλουτωνίου και εμπλουτισμένου ουρανίου, η κρίσιμη μάζα, ο όγκος, η διάμετρος ενός άπειρου κυλίνδρου και το πάχος ενός άπειρου επίπεδου στρώματος έχουν ένα ελάχιστο στην περιοχή της βέλτιστης επιβράδυνσης. Για μείγματα μεταλλικού εμπλουτισμένου ουρανίου με νερό, η κρίσιμη μάζα, όπως και για τα διαλύματα, έχει ένα έντονο ελάχιστο στην περιοχή της βέλτιστης μετριοπάθειας και τον κρίσιμο όγκο, διάμετρο ενός άπειρου κυλίνδρου, πάχος άπειρου επίπεδου στρώματος σε υψηλό εμπλουτισμό (> Το 35%) έχει ελάχιστες τιμές ελλείψει συντονιστή (r n /r 5 =0). για εμπλουτισμό κάτω του 35%, οι κρίσιμες παράμετροι του μείγματος έχουν ένα ελάχιστο στη βέλτιστη επιβράδυνση. Είναι προφανές ότι οι παράμετροι που καθορίζονται με βάση τις ελάχιστες κρίσιμες παραμέτρους εξασφαλίζουν ασφάλεια σε όλο το εύρος συγκέντρωσης. Αυτές οι παράμετροι ονομάζονται ασφαλείς, είναι μικρότερες από τις ελάχιστες κρίσιμες παραμέτρους. Χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες ασφαλείς παράμετροι: ποσότητα, συγκέντρωση, όγκος, διάμετρος, πάχος στρώσης.

Κατά τη διασφάλιση της πυρηνικής ασφάλειας ενός συστήματος, η συγκέντρωση του σχάσιμου νουκλεϊδίου (μερικές φορές η ποσότητα του μετριαστή) περιορίζεται απαραίτητα σύμφωνα με μια αποδεκτή παράμετρο, ενώ ταυτόχρονα, όταν χρησιμοποιείται μια ασφαλής παράμετρος, δεν επιβάλλονται περιορισμοί στη συγκέντρωση (ή στο ποσό του συντονιστή).

2 ΚΡΙΤΙΚΗ ΜΑΖΑ

Το αν θα αναπτυχθεί αλυσιδωτή αντίδραση ή όχι εξαρτάται από το αποτέλεσμα του ανταγωνισμού τεσσάρων διαδικασιών:

(1) Εκπομπή νετρονίων από το ουράνιο,

(2) σύλληψη νετρονίων από ουράνιο χωρίς σχάση,

(3) δέσμευση νετρονίων από ακαθαρσίες.

(4) σύλληψη νετρονίων από ουράνιο με σχάση.

Εάν η απώλεια νετρονίων στις τρεις πρώτες διεργασίες είναι μικρότερη από τον αριθμό των νετρονίων που απελευθερώνονται στην τέταρτη, τότε συμβαίνει μια αλυσιδωτή αντίδραση. αλλιώς είναι αδύνατο. Προφανώς, εάν μία από τις τρεις πρώτες διεργασίες είναι πολύ πιθανή, τότε η περίσσεια των νετρονίων που απελευθερώνονται κατά τη σχάση δεν θα είναι σε θέση να εξασφαλίσει τη συνέχιση της αντίδρασης. Για παράδειγμα, στην περίπτωση που η πιθανότητα της διεργασίας (2) (σύλληψη ουρανίου χωρίς σχάση) είναι πολύ μεγαλύτερη από την πιθανότητα σύλληψης με σχάση, μια αλυσιδωτή αντίδραση είναι αδύνατη. Μια επιπλέον δυσκολία εισάγεται από το ισότοπο του φυσικού ουρανίου: αποτελείται από τρία ισότοπα: 234 U, 235 U και 238 U, των οποίων οι συνεισφορές είναι 0,006, 0,7 και 99,3%, αντίστοιχα. Είναι σημαντικό οι πιθανότητες των διεργασιών (2) και (4) να είναι διαφορετικές για διαφορετικά ισότοπα και να εξαρτώνται διαφορετικά από την ενέργεια νετρονίων.

Για να αξιολογηθεί ο ανταγωνισμός διαφόρων διεργασιών από την άποψη της ανάπτυξης μιας αλυσιδωτής διαδικασίας πυρηνικής σχάσης στην ύλη, εισάγεται η έννοια της «κρίσιμης μάζας».

Κρίσιμη μάζα– την ελάχιστη μάζα σχάσιμου υλικού που εξασφαλίζει την εμφάνιση μιας αυτοσυντηρούμενης αλυσιδωτής αντίδρασης πυρηνικής σχάσης. Όσο μικρότερος είναι ο χρόνος ημιζωής της σχάσης και όσο μεγαλύτερος είναι ο εμπλουτισμός του στοιχείου εργασίας στο σχάσιμο ισότοπο, τόσο μικρότερη είναι η κρίσιμη μάζα.

Κρίσιμη μάζα -η ελάχιστη ποσότητα σχάσιμου υλικού που απαιτείται για την έναρξη μιας αυτοσυντηρούμενης αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης. Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων σε αυτή την ποσότητα ύλης είναι ίσος με μονάδα.

Κρίσιμη μάζα- τη μάζα του σχάσιμου υλικού του αντιδραστήρα, που βρίσκεται σε κρίσιμη κατάσταση.

Κρίσιμες διαστάσεις πυρηνικού αντιδραστήρα- τις μικρότερες διαστάσεις του πυρήνα του αντιδραστήρα στις οποίες μπορεί να συμβεί ακόμα μια αυτοσυντηρούμενη αντίδραση σχάσης πυρηνικού καυσίμου. Τυπικά, το κρίσιμο μέγεθος λαμβάνεται ως ο κρίσιμος όγκος του πυρήνα.

Κρίσιμος όγκος πυρηνικού αντιδραστήρα- όγκος του πυρήνα του αντιδραστήρα σε κρίσιμη κατάσταση.

Ο σχετικός αριθμός των νετρονίων που εκπέμπονται από το ουράνιο μπορεί να μειωθεί αλλάζοντας το μέγεθος και το σχήμα. Σε μια σφαίρα, τα επιφανειακά φαινόμενα είναι ανάλογα με το τετράγωνο και τα ογκομετρικά φαινόμενα είναι ανάλογα με τον κύβο της ακτίνας. Η εκπομπή νετρονίων από το ουράνιο είναι μια επιφανειακή επίδραση ανάλογα με το μέγεθος της επιφάνειας. η σύλληψη με διαίρεση συμβαίνει σε όλο τον όγκο που καταλαμβάνει το υλικό και επομένως είναι

ογκομετρικό αποτέλεσμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα ουρανίου, τόσο λιγότερο πιθανό είναι η εκπομπή νετρονίων από τον όγκο του ουρανίου να κυριαρχήσει στις συλλήψεις σχάσης και να παρέμβει στην αλυσιδωτή αντίδραση. Η απώλεια νετρονίων σε συλλήψεις χωρίς σχάση είναι ένα φαινόμενο όγκου, παρόμοιο με την απελευθέρωση νετρονίων στη σύλληψη σχάσης, επομένως η αύξηση του μεγέθους δεν αλλάζει τη σχετική σημασία τους.

Οι κρίσιμες διαστάσεις μιας συσκευής που περιέχει ουράνιο μπορούν να οριστούν ως οι διαστάσεις στις οποίες ο αριθμός των νετρονίων που απελευθερώνονται κατά τη σχάση είναι ακριβώς ίσος με την απώλειά τους λόγω διαφυγής και συλλήψεων που δεν συνοδεύονται από σχάση. Με άλλα λόγια, εάν οι διαστάσεις είναι μικρότερες από κρίσιμες, τότε, εξ ορισμού, δεν μπορεί να αναπτυχθεί αλυσιδωτή αντίδραση.

Μόνο περιττά αριθμημένα ισότοπα μπορούν να σχηματίσουν μια κρίσιμη μάζα. Μόνο 235 U εμφανίζονται στη φύση, και 239 Pu και 233 U είναι τεχνητά, σχηματίζονται σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα (ως αποτέλεσμα της δέσμευσης νετρονίων από 238 πυρήνες U

και 232 Th με δύο διαδοχικές β - διασπάσεις).

ΣΕ Στο φυσικό ουράνιο, μια αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης δεν μπορεί να αναπτυχθεί με οποιαδήποτε ποσότητα ουρανίου, ωστόσο, σε ισότοπα όπως π.χ. 235 U και 239 Pu, η διαδικασία της αλυσίδας επιτυγχάνεται σχετικά εύκολα. Παρουσία ενός επιβραδυντή νετρονίων, συμβαίνει μια αλυσιδωτή αντίδραση στο φυσικό ουράνιο.

Απαραίτητη προϋπόθεση για να συμβεί μια αλυσιδωτή αντίδραση είναι η παρουσία αρκετά μεγάλης ποσότητας σχάσιμου υλικού, καθώς σε μικρά δείγματα τα περισσότερα νετρόνια πετούν μέσα από το δείγμα χωρίς να χτυπήσουν κανέναν πυρήνα. Μια αλυσιδωτή αντίδραση μιας πυρηνικής έκρηξης συμβαίνει όταν φτάσει

σχάσιμο υλικό κάποιας κρίσιμης μάζας.

Ας υπάρχει ένα κομμάτι ουσίας ικανό για διάσπαση, για παράδειγμα, 235 U, στο οποίο πέφτει ένα νετρόνιο. Αυτό το νετρόνιο είτε θα προκαλέσει σχάση, είτε θα απορροφηθεί άχρηστα από την ουσία ή, αφού διαχυθεί, θα διαφύγει από την εξωτερική επιφάνεια. Είναι σημαντικό τι θα συμβεί στο επόμενο στάδιο - ο αριθμός των νετρονίων θα μειωθεί ή θα μειωθεί κατά μέσο όρο, δηλ. μια αλυσιδωτή αντίδραση θα εξασθενήσει ή θα αναπτυχθεί, δηλ. εάν το σύστημα θα βρίσκεται σε υποκρίσιμη ή υπερκρίσιμη (εκρηκτική) κατάσταση. Δεδομένου ότι η εκπομπή νετρονίων ρυθμίζεται από το μέγεθος (για μια μπάλα - κατά ακτίνα), προκύπτει η έννοια του κρίσιμου μεγέθους (και μάζας). Για να αναπτυχθεί μια έκρηξη, το μέγεθος πρέπει να είναι μεγαλύτερο από το κρίσιμο μέγεθος.

Το κρίσιμο μέγεθος ενός σχάσιμου συστήματος μπορεί να εκτιμηθεί εάν είναι γνωστό το μήκος διαδρομής νετρονίων στο σχάσιμο υλικό.

Ένα νετρόνιο, που πετά μέσα από την ύλη, περιστασιακά συγκρούεται με έναν πυρήνα· φαίνεται να βλέπει τη διατομή του. Το μέγεθος της διατομής του πυρήνα είναι σ=10-24 cm2 (αχυρώνα). Αν Ν είναι ο αριθμός των πυρήνων ανά κυβικό εκατοστό, τότε ο συνδυασμός L =1/N σ δίνει το μέσο μήκος διαδρομής νετρονίων σε σχέση με την πυρηνική αντίδραση. Το μήκος διαδρομής νετρονίων είναι η μόνη διαστατική τιμή που μπορεί να χρησιμεύσει ως σημείο εκκίνησης για την εκτίμηση του κρίσιμου μεγέθους. Οποιαδήποτε φυσική θεωρία χρησιμοποιεί μεθόδους ομοιότητας, οι οποίες, με τη σειρά τους, χτίζονται από αδιάστατους συνδυασμούς διαστάσεων μεγεθών, χαρακτηριστικών του συστήματος και ουσίας. Τόσο αδιάστατο

ο αριθμός είναι ο λόγος της ακτίνας ενός κομματιού σχάσιμου υλικού προς την περιοχή των νετρονίων σε αυτό. Αν υποθέσουμε ότι ο αδιάστατος αριθμός είναι της τάξης της μονάδας και το μήκος διαδρομής με τυπική τιμή N = 1023, L = 10 cm

(για σ =1) (συνήθως το σ είναι συνήθως πολύ υψηλότερο από 1, επομένως η κρίσιμη μάζα είναι μικρότερη από την εκτίμησή μας). Η κρίσιμη μάζα εξαρτάται από τη διατομή της αντίδρασης σχάσης ενός συγκεκριμένου νουκλιδίου. Έτσι, για να δημιουργηθεί μια ατομική βόμβα απαιτούνται περίπου 3 κιλά πλουτώνιο ή 8 κιλά 235 U (με σχέδιο έκρηξης και στην περίπτωση καθαρών 235 U) Με το σχέδιο κάννης ατομικής βόμβας, περίπου 50 κιλά όπλα - Απαιτείται ουράνιο ποιότητας (Με πυκνότητα ουρανίου 1,895 104 kg/m3, η ακτίνα της μπάλας μιας τέτοιας μάζας είναι περίπου 8,5 cm, που συμπίπτει εκπληκτικά καλά με την εκτίμησή μας

R =L =10 cm).

Ας εξαγάγουμε τώρα έναν πιο αυστηρό τύπο για τον υπολογισμό του κρίσιμου μεγέθους ενός κομματιού σχάσιμου υλικού.

Όπως είναι γνωστό, η διάσπαση ενός πυρήνα ουρανίου παράγει αρκετά ελεύθερα νετρόνια. Μερικά από αυτά φεύγουν από το δείγμα και μερικά απορροφώνται από άλλους πυρήνες, προκαλώντας τη σχάση τους. Μια αλυσιδωτή αντίδραση συμβαίνει εάν ο αριθμός των νετρονίων σε ένα δείγμα αρχίζει να αυξάνεται σαν χιονοστιβάδα. Για να προσδιορίσετε την κρίσιμη μάζα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση διάχυσης νετρονίων:

	∂C	D C + β C
	∂t

όπου C είναι η συγκέντρωση νετρονίων, β>0 είναι η σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης πολλαπλασιασμού νετρονίων (παρόμοια με τη σταθερά της ραδιενεργής διάσπασης, έχει διάσταση 1/sec, D είναι ο συντελεστής διάχυσης νετρονίων,

Αφήστε το δείγμα να έχει σχήμα μπάλας με ακτίνα R. Τότε πρέπει να βρούμε μια λύση στην εξίσωση (1) που να ικανοποιεί τη συνοριακή συνθήκη: C (R,t )=0.

Ας κάνουμε την αλλαγή C = ν e β t , τότε

∂C

∂ν

ν = Δ

+ βν e

∂t

∂t

Λάβαμε την κλασική εξίσωση θερμικής αγωγιμότητας:

∂ν

D ν

∂t

Η λύση αυτής της εξίσωσης είναι γνωστή

π 2 n 2

ν (r, t)=

sin π n re

π 2 n

β −

C(r, t) =

sin π n re

r n = 1

Η αλυσιδωτή αντίδραση θα λάβει χώρα υπό τις ακόλουθες συνθήκες (δηλ.

C(r, t)

t →∞ → ∞ ) ότι τουλάχιστον για ένα n ο συντελεστής in

ο εκθέτης είναι θετικός.

Αν β − π 2 n 2 D > 0,

τότε β > π 2 n 2 D και η κρίσιμη ακτίνα της σφαίρας:

R = πn

Αν π

≥ R, τότε για οποιοδήποτε n δεν θα υπάρχει αυξανόμενη εκθετική

Αν π

< R , то хотя бы при одном n мы получим растущую экспоненту.

Ας περιοριστούμε στον πρώτο όρο της σειράς, n =1:

R = π

Κρίσιμη μάζα:

M = ρ V = ρ

Η ελάχιστη τιμή της ακτίνας της μπάλας στην οποία συμβαίνει μια αλυσιδωτή αντίδραση ονομάζεται

κρίσιμη ακτίνα , και η μάζα της αντίστοιχης μπάλας είναικρίσιμη μάζα.

Αντικαθιστώντας την τιμή για το R, παίρνουμε τον τύπο για τον υπολογισμό της κρίσιμης μάζας:

M cr = ρπ 4 4 D 2 (9) 3 β

Η τιμή της κρίσιμης μάζας εξαρτάται από το σχήμα του δείγματος, τον συντελεστή πολλαπλασιασμού νετρονίων και τον συντελεστή διάχυσης νετρονίων. Ο προσδιορισμός τους είναι μια πολύπλοκη πειραματική εργασία, επομένως ο προκύπτων τύπος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των υποδεικνυόμενων συντελεστών και οι υπολογισμοί που πραγματοποιήθηκαν είναι απόδειξη της ύπαρξης κρίσιμης μάζας.

Ο ρόλος του μεγέθους του δείγματος είναι προφανής: καθώς μειώνεται το μέγεθος, αυξάνεται το ποσοστό των νετρονίων που εκπέμπονται μέσω της επιφάνειάς του, έτσι ώστε σε μικρά (κάτω από τα κρίσιμα!) μεγέθη δείγματος, μια αλυσιδωτή αντίδραση καθίσταται αδύνατη ακόμη και με μια ευνοϊκή σχέση μεταξύ των διεργασιών απορρόφηση και παραγωγή νετρονίων.

Για ουράνιο υψηλής εμπλουτισμού, η κρίσιμη μάζα είναι περίπου 52 κιλά, για πλουτώνιο όπλων - 11 κιλά. Τα κανονιστικά έγγραφα για την προστασία πυρηνικών υλικών από κλοπή υποδεικνύουν κρίσιμες μάζες: 5 kg 235 U ή 2 kg πλουτωνίου (για το σχέδιο έκρηξης μιας ατομικής βόμβας). Για ένα κύκλωμα κανονιού, οι κρίσιμες μάζες είναι πολύ μεγαλύτερες. Με βάση αυτές τις αξίες οικοδομείται η ένταση προστασίας των σχάσιμων ουσιών από τρομοκρατικές επιθέσεις.

Σχόλιο. Η κρίσιμη μάζα ενός συστήματος μετάλλου ουρανίου εμπλουτισμένου κατά 93,5% (93,5% 235 U· 6,5% 238 U) είναι 52 kg χωρίς ανακλαστήρα και 8,9 kg όταν το σύστημα περιβάλλεται από έναν ανακλαστήρα νετρονίων οξειδίου του βηρυλλίου. Η κρίσιμη μάζα ενός υδατικού διαλύματος ουρανίου είναι περίπου 5 kg.

Η τιμή της κρίσιμης μάζας εξαρτάται από τις ιδιότητες της ουσίας (όπως διατομές σχάσης και δέσμευσης ακτινοβολίας), την πυκνότητα, την ποσότητα των ακαθαρσιών, το σχήμα του προϊόντος, καθώς και από το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η παρουσία ανακλαστήρων νετρονίων μπορεί να μειώσει σημαντικά την κρίσιμη μάζα. Για ένα δεδομένο σχάσιμο υλικό, η ποσότητα του υλικού που αποτελεί την κρίσιμη μάζα μπορεί να ποικίλλει σε μεγάλο εύρος και εξαρτάται από την πυκνότητα, τα χαρακτηριστικά (τύπος υλικού και πάχος) του ανακλαστήρα και τη φύση και το ποσοστό τυχόν αδρανών αραιωτικών που υπάρχουν (όπως οξυγόνο σε οξείδιο ουρανίου, 238 U σε μερικώς εμπλουτισμένο 235 U ή χημικές ακαθαρσίες).

Για λόγους σύγκρισης, παρουσιάζουμε τις κρίσιμες μάζες των σφαιρών χωρίς ανακλαστήρα για διάφορους τύπους υλικών με μια ορισμένη τυπική πυκνότητα.

Για σύγκριση, δίνουμε τα ακόλουθα παραδείγματα κρίσιμων μαζών: 10 kg 239 Pu, μέταλλο στην άλφα φάση

(πυκνότητα 19,86 g/cm3); 52 kg 94% 235 U (6% 238 U), μέταλλο (πυκνότητα 18,72 g/cm3); 110 kg UO2 (94% 235 U)

με κρυσταλλική πυκνότητα 11 g/cm3. 35 kg PuO2 (94% 239 Pu) σε κρυσταλλική πυκνότητα

μορφή 11,4 g/cm3. Τα διαλύματα αλάτων καθαρών σχάσιμων νουκλιδίων σε νερό με ανακλαστήρα νετρονίων νερού έχουν τη χαμηλότερη κρίσιμη μάζα. Για 235 U, η κρίσιμη μάζα είναι 0,8 kg, για 239 Pu - 0,5 kg, για 251 Cf -

Η κρίσιμη μάζα M σχετίζεται με το κρίσιμο μήκος l: M l x, όπου το x εξαρτάται από το σχήμα του δείγματος και κυμαίνεται από 2 έως 3. Η εξάρτηση από το σχήμα σχετίζεται με τη διαρροή νετρονίων μέσω της επιφάνειας: όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η κρίσιμη μάζα. Το δείγμα με την ελάχιστη κρίσιμη μάζα έχει σχήμα σφαίρας. Τραπέζι 5. Βασικά χαρακτηριστικά αξιολόγησης καθαρών ισοτόπων ικανών για πυρηνική σχάση

								Νετρόνια
		Παραλαβή		Κρίσιμος	Πυκνότητα	Θερμοκρασία	Διάχυση θερμότητας	αυθόρμητος
			ημιζωή
		(πηγή)			g/cm³	τήξη °C
			Τ 1/2					105 (kg sec)
	231 Pa
	232U	Αναμμένος αντιδραστήρας
		νετρόνια
	233U
	235U	Φυσικός	7.038×108 χρόνια
	236U		2,3416×107 χρόνια; κιλό
	237 Np		2,14×107 χρόνια
	236 Pu
	238 Pu
	239 Pu
	240 Pu
	241 Pu
	242 Pu
	241 π.μ
	242 mAm
	243 mAm
	243 π.μ
	243 εκ
	244 εκ
	245 εκ
	246 εκ
	247 εκ		1,56×107 χρόνια
	248 εκ
	249Βλ
	250 Βλ
	251Βλ
	252Βλ

Ας σταθούμε λεπτομερώς στις κρίσιμες παραμέτρους των ισοτόπων ορισμένων στοιχείων. Ας ξεκινήσουμε με το ουράνιο.

Όπως έχει ήδη αναφερθεί αρκετές φορές, τα 235 U (clark 0,72%) έχουν ιδιαίτερη σημασία, καθώς διασπώνται υπό την επίδραση θερμικών νετρονίων (σ f = 583 barn), απελευθερώνοντας ένα «ισοδύναμο θερμικής ενέργειας» 2 × 107 kW. × h / k. Δεδομένου ότι, εκτός από την α-διάσπαση, το 235 U διασπάται επίσης αυθόρμητα (T 1/2 = 3,5 × 1017 έτη), τα νετρόνια υπάρχουν πάντα στη μάζα του ουρανίου, πράγμα που σημαίνει ότι είναι δυνατό να δημιουργηθούν συνθήκες για την εμφάνιση ενός εαυτού - διατήρηση της αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης. Για μέταλλο ουρανίου με εμπλουτισμό 93,5%, η κρίσιμη μάζα είναι: 51 kg χωρίς ανακλαστήρα. 8,9 kg με ανακλαστήρα οξειδίου του βηρυλλίου. 21,8 κιλά με πλήρη εκτροπέα νερού. Δίνονται οι κρίσιμες παράμετροι ομοιογενών μειγμάτων ουρανίου και των ενώσεων του

Κρίσιμες παράμετροι ισοτόπων πλουτωνίου: 239 Pu: M cr = 9,6 kg, 241 Pu: M cr = 6,2 kg, 238 Pu: M cr = 12 έως 7,45 kg. Τα πιο ενδιαφέροντα είναι μείγματα ισοτόπων: 238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu. Η υψηλή ειδική απελευθέρωση ενέργειας του 238 Pu οδηγεί σε οξείδωση του μετάλλου στον αέρα, επομένως είναι πολύ πιθανό να χρησιμοποιηθεί με τη μορφή οξειδίων. Όταν παράγεται 238 Pu, το συνοδευτικό ισότοπο είναι 239 Pu. Η αναλογία αυτών των ισοτόπων στο μείγμα καθορίζει τόσο την τιμή των κρίσιμων παραμέτρων όσο και την εξάρτησή τους από την αλλαγή του περιεχομένου του συντονιστή. Διάφορες εκτιμήσεις της κρίσιμης μάζας για μια γυμνή μεταλλική σφαίρα 238 Pu δίνουν τιμές που κυμαίνονται από 12 έως 7,45 kg, σε σύγκριση με την κρίσιμη μάζα για 239 Pu των 9,6 kg. Δεδομένου ότι ο πυρήνας 239 Pu περιέχει περιττό αριθμό νετρονίων, η κρίσιμη μάζα θα μειωθεί όταν προστεθεί νερό στο σύστημα. Η κρίσιμη μάζα των 238 Pu αυξάνεται με την προσθήκη νερού. Για ένα μείγμα αυτών των ισοτόπων, το καθαρό αποτέλεσμα της προσθήκης νερού εξαρτάται από την αναλογία ισοτόπων. Όταν η περιεκτικότητα σε μάζα του 239 Pu είναι ίση με 37% ή μικρότερη, η κρίσιμη μάζα του μείγματος των ισοτόπων 239 Pu και 238 Pu δεν μειώνεται όταν προστίθεται νερό στο σύστημα. Στην περίπτωση αυτή, η επιτρεπόμενη ποσότητα 239 διοξειδίων Pu-238 Pu είναι 8 kg. Με άλλους

αναλογίες διοξειδίων 238 Pu και 239 Pu, η ελάχιστη τιμή της κρίσιμης μάζας κυμαίνεται από 500 g για καθαρά 239 Pu έως 24,6 kg για καθαρά 238 Pu.

Τραπέζι 6. Εξάρτηση της κρίσιμης μάζας και του κρίσιμου όγκου ουρανίου από τον εμπλουτισμό με 235 U.

Σημείωση. I - ομοιογενές μείγμα μεταλλικού ουρανίου και νερού. II - ομοιογενές μείγμα διοξειδίου ουρανίου και νερού. III - διάλυμα ουρανυλοφθοριδίου σε νερό. IV - διάλυμα νιτρικού ουρανυλίου σε νερό. * Δεδομένα που λαμβάνονται με χρήση γραφικής παρεμβολής.

Ένα άλλο ισότοπο με περιττό αριθμό νετρονίων είναι το 241 Pu. Η ελάχιστη τιμή κρίσιμης μάζας για 241 Pu επιτυγχάνεται σε υδατικά διαλύματα σε συγκέντρωση 30 g/l και είναι 232 kg. Όταν λαμβάνεται 241 Pu από ακτινοβολημένο καύσιμο, συνοδεύεται πάντα από 240 Pu, που δεν το υπερβαίνει σε περιεκτικότητα. Με ίση αναλογία νουκλεϊδίων σε μείγμα ισοτόπων, η ελάχιστη κρίσιμη μάζα των 241 Pu υπερβαίνει την κρίσιμη μάζα των 239 Pu. Επομένως, ως προς την ελάχιστη κρίσιμη μάζα του ισοτόπου 241 Pu στο

Η αξιολόγηση πυρηνικής ασφάλειας μπορεί να αντικατασταθεί από 239 Pu εάν το μείγμα ισοτόπων περιέχει ίσες ποσότητες

241 Pu και 240 Pu.

Τραπέζι 7. Ελάχιστες κρίσιμες παράμετροι ουρανίου με 100% εμπλουτισμό σε 233 U.

Ας εξετάσουμε τώρα τα κρίσιμα χαρακτηριστικά των ισοτόπων αμερικίου. Η παρουσία ισοτόπων 241 Am και 243 Am στο μείγμα αυξάνει την κρίσιμη μάζα των 242 m Am. Για υδατικά διαλύματα, υπάρχει μια αναλογία ισοτόπων στην οποία το σύστημα είναι πάντα υποκρίσιμο. Όταν η περιεκτικότητα σε μάζα 242 m Am σε ένα μείγμα 241 Am και 242 m Am είναι μικρότερη από 5%, το σύστημα παραμένει υποκρίσιμο μέχρι συγκέντρωσης αμερικίου σε διαλύματα και μηχανικά μείγματα διοξειδίου με νερό ίση με 2500 g/l. Αυξάνεται επίσης το 243 π.μ. σε συνδυασμό με 242 εκ. πμ

κρίσιμη μάζα του μείγματος, αλλά σε μικρότερο βαθμό, δεδομένου ότι η διατομή σύλληψης θερμικών νετρονίων για 243 Am είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από αυτή των 241 Am

Τραπέζι 8. Κρίσιμες παράμετροι ομοιογενών σφαιρικών συγκροτημάτων πλουτωνίου (239 Pu+240 Pu).

Τραπέζι 9. Εξάρτηση κρίσιμης μάζας και όγκου για ενώσεις πλουτωνίου* από την ισοτοπική σύνθεση του πλουτωνίου

* Κύριο νουκλίδιο 94.239 Pu.

Σημείωση: I - ομοιογενές μείγμα μεταλλικού πλουτωνίου και νερού. II - ομοιογενές μείγμα διοξειδίου του πλουτωνίου και νερού. III ομοιογενές μείγμα οξαλικού πλουτωνίου και νερού. IV - διάλυμα νιτρικού πλουτωνίου σε νερό.

Τραπέζι 10. Εξάρτηση της ελάχιστης κρίσιμης μάζας των 242 m Am από την περιεκτικότητά της σε μείγμα 242 m Am και 241 Am (η κρίσιμη μάζα υπολογίζεται για AmO2 + H2 O σε σφαιρική γεωμετρία με ανακλαστήρα νερού):

	Κρίσιμη μάζα 242 m Am, g

Με χαμηλό κλάσμα μάζας 245 Cm, ​​πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα 244 Cm έχουν επίσης πεπερασμένη κρίσιμη μάζα σε συστήματα χωρίς συντονιστές. Άλλα ισότοπα κουρίου με περιττό αριθμό νετρονίων έχουν ελάχιστη κρίσιμη μάζα αρκετές φορές μεγαλύτερη από 245 cm. Σε ένα μείγμα CmO2 + H2O, το ισότοπο 243 Cm έχει ελάχιστη κρίσιμη μάζα περίπου 108 g και 247 Cm - περίπου 1170 g.

Η κρίσιμη μάζα μπορεί να θεωρηθεί ότι 1 g των 245 Cm ισοδυναμεί με 3 g των 243 Cm ή 30 g των 247 Cm. Ελάχιστη κρίσιμη μάζα 245 Cm, ​​g, ανάλογα με την περιεκτικότητα 245 Cm στο μείγμα ισοτόπων 244 Cm και 245 Cm για CmO2 +

Το H2O περιγράφεται αρκετά καλά από τον τύπο

	M cr = 35,5 +
		ξ + 0,003

όπου ξ είναι το κλάσμα μάζας των 245 Cm στο μείγμα ισοτόπων κουρίου.

Η κρίσιμη μάζα εξαρτάται από τη διατομή της αντίδρασης σχάσης. Κατά τη δημιουργία όπλων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν κάθε είδους κόλπα για τη μείωση της κρίσιμης μάζας που απαιτείται για μια έκρηξη. Έτσι, για να δημιουργηθεί μια ατομική βόμβα, χρειάζονται 8 κιλά ουρανίου-235 (με σύστημα έκρηξης και στην περίπτωση καθαρού ουρανίου-235, όταν χρησιμοποιείται το 90% του ουρανίου-235 και με ένα σχήμα κάννης ατομικής βόμβας, σε απαιτούνται τουλάχιστον 45 κιλά ουρανίου οπλικής ποιότητας). Η κρίσιμη μάζα μπορεί να μειωθεί σημαντικά περιβάλλοντας το δείγμα σχάσιμου υλικού με ένα στρώμα υλικού που αντανακλά τα νετρόνια, όπως το βηρύλλιο ή το φυσικό ουράνιο. Ο ανακλαστήρας επιστρέφει ένα σημαντικό μέρος των νετρονίων που εκπέμπονται μέσω της επιφάνειας του δείγματος. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιείτε έναν ανακλαστήρα πάχους 5 cm, κατασκευασμένο από υλικά όπως ουράνιο, σίδηρος, γραφίτης, η κρίσιμη μάζα θα είναι η μισή της κρίσιμης μάζας της «γυμνής μπάλας». Οι παχύτεροι ανακλαστήρες μειώνουν την κρίσιμη μάζα. Το βηρύλλιο είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό, παρέχοντας κρίσιμη μάζα το 1/3 της τυπικής κρίσιμης μάζας. Το σύστημα θερμικών νετρονίων έχει τον μεγαλύτερο κρίσιμο όγκο και την ελάχιστη κρίσιμη μάζα.

Ο βαθμός εμπλουτισμού του σχάσιμου νουκλεϊδίου παίζει σημαντικό ρόλο. Το φυσικό ουράνιο με περιεκτικότητα 235 U 0,7% δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ατομικών όπλων, καθώς το υπόλοιπο ουράνιο (238 U) απορροφά εντατικά νετρόνια, εμποδίζοντας την ανάπτυξη της διαδικασίας της αλυσίδας. Επομένως, τα ισότοπα ουρανίου πρέπει να διαχωριστούν, κάτι που είναι ένα πολύπλοκο και χρονοβόρο έργο. Ο διαχωρισμός πρέπει να γίνει σε βαθμούς εμπλουτισμού σε 235 U πάνω από 95%. Στην πορεία, είναι απαραίτητο να απαλλαγούμε από ακαθαρσίες στοιχείων με υψηλή διατομή δέσμευσης νετρονίων.

Σχόλιο. Όταν προετοιμάζουν ουράνιο για όπλα, όχι απλώς απαλλάσσονται από περιττές ακαθαρσίες, αλλά τις αντικαθιστούν με άλλες ακαθαρσίες που συμβάλλουν στη διαδικασία της αλυσίδας, για παράδειγμα, εισάγουν στοιχεία που λειτουργούν ως πολλαπλασιαστές νετρονίων.

Το επίπεδο εμπλουτισμού ουρανίου έχει σημαντικό αντίκτυπο στην τιμή της κρίσιμης μάζας. Για παράδειγμα, η κρίσιμη μάζα ουρανίου εμπλουτισμένου με 235 U 50% είναι 160 kg (3 φορές η μάζα του ουρανίου 94%) και η κρίσιμη μάζα ουρανίου 20% είναι 800 kg (δηλαδή, ~ 15 φορές η κρίσιμη μάζα 94 % ουράνιο). Παρόμοιοι συντελεστές ανάλογα με το επίπεδο εμπλουτισμού ισχύουν και για το οξείδιο του ουρανίου.

Η κρίσιμη μάζα είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της πυκνότητας του υλικού, M k ~1/ρ 2, . Έτσι, η κρίσιμη μάζα του μεταλλικού πλουτωνίου στη φάση δέλτα (πυκνότητα 15,6 g/cm3) είναι 16 kg. Αυτή η περίσταση λαμβάνεται υπόψη κατά τον σχεδιασμό μιας συμπαγούς ατομικής βόμβας. Δεδομένου ότι η πιθανότητα σύλληψης νετρονίων είναι ανάλογη με τη συγκέντρωση των πυρήνων, μια αύξηση της πυκνότητας του δείγματος, για παράδειγμα, ως αποτέλεσμα της συμπίεσής του, μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση μιας κρίσιμης κατάστασης στο δείγμα. Στις πυρηνικές εκρηκτικές συσκευές, μια μάζα σχάσιμου υλικού σε ασφαλή υποκρίσιμη κατάσταση μετατρέπεται σε εκρηκτική υπερκρίσιμη κατάσταση χρησιμοποιώντας μια κατευθυνόμενη έκρηξη, υποβάλλοντας το φορτίο σε υψηλό βαθμό συμπίεσης.

Τα πυρηνικά όπλα άρχισαν να προκαλούν φόβο στους ανθρώπους από τη στιγμή που η πιθανότητα δημιουργίας τους αποδείχθηκε θεωρητικά. Και για περισσότερο από μισό αιώνα ο κόσμος ζει σε αυτόν τον φόβο, μόνο που αλλάζει το μέγεθός του: από την παράνοια του 50-60 στο μόνιμο άγχος τώρα. Πώς όμως κατέστη δυνατή μια τέτοια κατάσταση; Πώς θα μπορούσε να έρθει στο μυαλό του ανθρώπου η ιδέα της δημιουργίας ενός τόσο τρομερού όπλου; Γνωρίζουμε ότι η πυρηνική βόμβα δημιουργήθηκε στην πραγματικότητα από τα χέρια των μεγαλύτερων φυσικών εκείνης της εποχής, πολλοί από αυτούς ήταν βραβευμένοι με Νόμπελ εκείνη την εποχή ή αργότερα έγιναν αυτοί.

Ο συγγραφέας προσπάθησε να δώσει μια ξεκάθαρη και προσιτή απάντηση σε αυτά και σε πολλά άλλα ερωτήματα μιλώντας για την κούρσα για την απόκτηση πυρηνικών όπλων. Η κύρια προσοχή δίνεται στην τύχη μεμονωμένων φυσικών που εμπλέκονται άμεσα στα υπό εξέταση γεγονότα.

Κεφάλαιο 3 Κρίσιμη Μάζα

Τον Ιανουάριο του 1939, ο Otto Frisch έλαβε επιτέλους καλά νέα. Έμαθε ότι ο πατέρας του, αν και παρέμενε στο στρατόπεδο συγκέντρωσης του Νταχάου, είχε λάβει ωστόσο σουηδική βίζα. Σύντομα αφέθηκε ελεύθερος και στη Βιέννη μπόρεσε να γνωρίσει τη μητέρα του Frisch. Μαζί μετακόμισαν σε ένα μέρος όπου τίποτα δεν τους απειλούσε - στη Στοκχόλμη.

Αλλά ακόμη και τέτοια χαρμόσυνα νέα δεν μπορούσαν να απαλλάξουν τον Ότο από το προαίσθημα ενός επικείμενου μεγάλου μπελά, που τον είχε κυριεύσει πρόσφατα. Η προσμονή της έναρξης του πολέμου, που ήταν προ των πυλών, τον βύθισε πιο βαθιά στην άβυσσο της κατάθλιψης. Ο Φρις δεν είδε νόημα να συνεχίσει την έρευνα που έκανε στην Κοπεγχάγη. Μεγάλωσε και το αίσθημα της ανασφάλειας. Όταν ο Βρετανός Patrick Blackett και ο Αυστραλός Mark Oliphant έφτασαν στο εργαστήριο του Bohr, ο Otto τους ζήτησε βοήθεια.

Ο Oliphant μεγάλωσε στην Αδελαΐδα. Στην αρχή ενδιαφέρθηκε για την ιατρική και, συγκεκριμένα, την οδοντιατρική, αλλά στο πανεπιστήμιο άρχισε να ενδιαφέρεται για τη φυσική. Αφού άκουσε τον Έρενστ Ράδερφορντ, Νεοζηλανδό στην καταγωγή, ο εντυπωσιακός μαθητής αποφάσισε να ασχοληθεί με την πυρηνική φυσική. Το 1927, εντάχθηκε στην ερευνητική ομάδα του Rutherford στο εργαστήριο Cavendish στο Cambridge. Εκεί, στις αρχές της δεκαετίας του 1930, είδε από πρώτο χέρι πολλές αξιόλογες ανακαλύψεις στον τομέα της πυρηνικής φυσικής. Το 1934, σε συνεργασία με τον Rutherford (καθώς και με τον Γερμανό χημικό Paul Harteck), ο Oliphant δημοσίευσε μια εργασία που περιγράφει την αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που περιελάμβανε βαρύ υδρογόνο - δευτέριο.

Το 1937, ο Oliphant έλαβε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ και έγινε Κοσμήτορας της Σχολής Φυσικής. Ήταν πολύ συμπαθητικός στο αίτημα του Frisch για βοήθεια και σύντομα του έστειλε μια επιστολή στην οποία κάλεσε τον Otto να επισκεφθεί το Birmingham το καλοκαίρι του 1939 και να δει επί τόπου τι θα μπορούσε να γίνει γι 'αυτόν. Η ηρεμία και η αυτοπεποίθηση του Oliphant εντυπωσίασαν πολύ τον Frisch, ο οποίος δεν μπορούσε να βγει από την κατάθλιψή του και δεν περίμενε άλλη πρόσκληση. Έχοντας ετοιμάσει δύο μικρές βαλίτσες, έφυγε για την Αγγλία, «δεν διαφέρει από τους άλλους τουρίστες».

Ο Αυστραλός κανόνισε να γίνει ο Ότο δάσκαλος. Τώρα εργαζόταν σε μια μάλλον ανεπίσημη ατμόσφαιρα. Ο Oliphant έδωσε διαλέξεις σε μαθητές και παρέπεμψε όσους δυσκολεύονταν να κατακτήσουν νέο υλικό στον Frisch. Ο Otto συνεργάστηκε με πολλές δεκάδες μαθητές που του έκαναν έναν τεράστιο αριθμό ερωτήσεων και ακολούθησε μια πολύ ζωηρή συζήτηση. Ο Frisch άρεσε πολύ αυτού του είδους τη δουλειά.

Στο Μπέρμιγχαμ, ο Frisch συναντήθηκε με έναν άλλο μετανάστη, τον συμπατριώτη του, Rudolf Peierls. Ο Ρούντολφ γεννήθηκε στο Βερολίνο, σε οικογένεια αφομοιωμένων Εβραίων. Σπούδασε φυσική στο Βερολίνο, το Μόναχο και τη Λειψία, όπου ολοκλήρωσε την άμυνά του το 1928 με τον Χάιζενμπεργκ. Στη συνέχεια ο Peierls μετακόμισε στη Ζυρίχη της Ελβετίας και εκεί το 1932 του απονεμήθηκε υποτροφία Rockefeller. Έπρεπε να σπουδάσει πρώτα στη Ρώμη, με τον Φέρμι, και μετά στο Κέιμπριτζ της Αγγλίας, με τον θεωρητικό φυσικό Ραλφ Φάουλερ. Όταν ο Χίτλερ ανέβηκε στην εξουσία το 1933, ο Peierls ήταν στην Αγγλία. Σύντομα του έγινε σαφές ότι το δρομολόγιο της επιστροφής στη Γερμανία ήταν κλειστό. Έχοντας ολοκληρώσει τις σπουδές του, ο Ρούντολφ πήγε στο Μάντσεστερ, όπου δούλεψε με τον Λόρενς Μπραγκ, και στη συνέχεια επέστρεψε στο Κέιμπριτζ, όπου έμεινε για μερικά χρόνια. Το 1937 έγινε καθηγητής μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ.

Από τον Σεπτέμβριο του 1939, μετά το ξέσπασμα του πολέμου, τα εργαστήρια στο Μπέρμιγχαμ συμμετείχαν κυρίως σε εξαιρετικά σημαντική -και διαβαθμισμένη- έρευνα για τον στρατό.

Η εργασία των επιστημόνων σχετιζόταν με ένα συντονισμένο μαγνήτρον - μια συσκευή απαραίτητη για τη δημιουργία έντονης ακτινοβολίας μικροκυμάτων σε ραντάρ αεροσκαφών επίγειας και επί του σκάφους. Ο C. P. Snow ονόμασε αργότερα αυτές τις συσκευές «την πιο πολύτιμη επιστημονική εφεύρεση των Βρετανών που έγινε κατά τη διάρκεια του πολέμου με τον Χίτλερ».

Όντας πολίτες ενός εχθρικού κράτους, ο Frisch και ο Peierls δεν θα έπρεπε να γνωρίζουν τίποτα για αυτά τα έργα. Ωστόσο, η μυστικότητα του έργου ήταν κάποιας ακατανόητης φύσης. Ο Oliphant έκανε μερικές φορές τον Peierls υποθετικές ερωτήσεις που ξεκινούσαν με τις λέξεις: «Αν αντιμετωπίσατε το ακόλουθο πρόβλημα...». Όπως θα έγραφε αργότερα ο Frisch, «Ο Oliphant ήξερε ότι ο Peierls ήξερε, και νομίζω ότι ο Peierls ήξερε ότι ο Oliphant ήξερε ότι ήξερε. Ωστόσο, κανένας από αυτούς δεν έδειξε κανένα σημάδι».

Ο Frisch δεν δούλευε συνεχώς με μαθητές, έτσι ώστε, έχοντας αρκετό ελεύθερο χρόνο, να μπορέσει να ασχοληθεί ξανά με το πρόβλημα της πυρηνικής σχάσης. Χρησιμοποιώντας το εργαστήριο όταν δεν ήταν κατειλημμένο, ο Otto διεξήγαγε αρκετά μικρά πειράματα. Οι Bohr και Wheeler υποστήριξαν ότι το ουράνιο είναι σχάσιμο κυρίως λόγω του ισοτόπου U235, το οποίο δεν είναι πολύ σταθερό. Ο Frisch αποφάσισε να το αποδείξει πειραματικά, λαμβάνοντας δεδομένα από δείγματα με ελαφρώς αυξημένη περιεκτικότητα στο σπάνιο ισότοπο. Για να απομονώσει μικρές ποσότητες ουρανίου-235, συναρμολόγησε μια μικρή συσκευή που χρησιμοποιούσε τη μέθοδο θερμικής διάχυσης που εφευρέθηκε από τους Κλούσιους και Ντίκελ. Η πρόοδος, ωστόσο, ήταν εξαιρετικά αργή.

Στο μεταξύ, η British Chemical Society προσέγγισε τον Frisch ζητώντας να γράψει μια κριτική για αυτούς και να τονίσει όλες τις πρόσφατες εξελίξεις στη μελέτη του ατομικού πυρήνα, έτσι ώστε να είναι κατανοητό και ενδιαφέρον για τους χημικούς. Ο Ότο έγραψε το άρθρο στο νοικιασμένο δωμάτιό του. Χωρίς να βγάλει το παλτό του, κάθισε, κρατώντας τη γραφομηχανή στην αγκαλιά του, κοντά στον καυστήρα αερίου, προσπαθώντας να ζεσταθεί έστω λίγο: η θερμοκρασία εκείνο τον χειμώνα έπεσε στους -18 °C. Το βράδυ το νερό στο ποτήρι πάγωσε.

Μιλώντας για την πυρηνική σχάση, επανέλαβε τη γενικά αποδεκτή άποψη εκείνη την εποχή: εάν μια μέρα είναι δυνατόν να πραγματοποιηθεί μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση, τότε λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι πρέπει να χρησιμοποιήσει αργά νετρόνια, μια ατομική βόμβα στην οποία θα συμβεί αλυσιδωτή αντίδραση θα είναι πρακτικά αδύνατο να εκραγεί. «Θα είχαμε πετύχει τουλάχιστον ένα παρόμοιο αποτέλεσμα, αν απλώς είχαμε πυροδοτήσει παρόμοια ποσότητα πυρίτιδας», έγραψε στο τελευταίο μέρος. Ο Φρις δεν πίστευε καθόλου στην πιθανότητα δημιουργίας ατομικής βόμβας.

Ωστόσο, αφού τελείωσε το άρθρο, άρχισε να σκέφτεται. Το κύριο πρόβλημα αυτή τη στιγμή, σύμφωνα με τους Bohr και Wheeler, ήταν τα αργά νετρόνια. Ο πυρήνας του ουρανίου-238 αιχμαλωτίζει πάντα γρήγορα νετρόνια που έχουν μια ορισμένη ενέργεια «συντονισμού» ή ταχύτητα, αλλά χρειάζονται μόνο αργά νετρόνια για να αντιδράσουν με το φυσικό ουράνιο. Ωστόσο, η χρήση τους σήμαινε ότι η προκύπτουσα ενέργεια θα συσσωρευόταν πολύ αργά. Εάν η αντίδραση βασιζόταν σε αργά νετρόνια, η ενέργεια που απελευθερώνεται θα ζέστανε το ουράνιο και πιθανώς θα το έλιωνε ή ακόμα και θα το εξάτμισε πολύ πριν εκραγεί. Καθώς το ουράνιο θερμαίνεται, ολοένα και λιγότερα νετρόνια θα εισέλθουν στην αντίδραση και τελικά απλά θα πεθάνει.

Στην ίδια άποψη κατέληξαν και οι φυσικοί της εταιρείας Uranium Society. Ωστόσο, ο Frisch ενδιαφερόταν τώρα πολύ για την απάντηση στην ερώτηση: τι θα συνέβαινε αν χρησιμοποιούσατε γρήγορανετρόνια; Το ουράνιο-235 θεωρήθηκε ότι διασπάται και από τους δύο τύπους νετρονίων. Ωστόσο, εάν υπάρχει πάρα πολύ U 238 στο σχάσιμο ουράνιο, τότε τα γρήγορα δευτερεύοντα νετρόνια που εκπέμπονται από τη διάσπαση του U 235 θα είναι ελάχιστα χρήσιμα: αυτά τα γρήγορα δευτερεύοντα νετρόνια είναι πιθανό να διαφύγουν από την αντίδραση λόγω της σύλληψης συντονισμού από το ουράνιο- 238 πυρήνας. Αλλά αυτό το εμπόδιο μπορεί εύκολα να παρακαμφθεί εάν χρησιμοποιηθεί καθαρό ή σχεδόν καθαρό ουράνιο-235. Ο Frisch συναρμολόγησε μια μικρή συσκευή Clusius-Dickel για το διαχωρισμό του U 235 χωρίς μεγάλη δυσκολία. Ήταν σαφές ότι ήταν αδύνατο να αποκτηθούν με αυτόν τον τρόπο μεγάλοι όγκοι καθαρού ουρανίου-235, για παράδειγμα αρκετοί τόνοι. Τι γίνεται όμως αν μια πολύ μικρότερη ποσότητα είναι επαρκής για μια αλυσιδωτή αντίδραση με γρήγορα νετρόνια;

Αλυσιδωτή αντίδραση σε γρήγορα νετρόνια με χρήση καθαρού ουρανίου-235 - αν υποθέσουμε ότι η ατομική βόμβα είχε αρχικά κάποιο είδος μυστικού, τότε έγινε πλέον γνωστό στον Frisch.

Ο Otto μοιράστηκε τις σκέψεις του με τον Peierls, ο οποίος στις αρχές Ιουνίου 1939 οριστικοποίησε τον τύπο για τον υπολογισμό της κρίσιμης μάζας του υλικού που απαιτείται για τη διατήρηση μιας πυρηνικής αλυσιδωτής αντίδρασης. Αυτή η φόρμουλα συντάχθηκε από τον Γάλλο θεωρητικό φυσικό Francis Perrin. Για ένα μείγμα ισοτόπων με υψηλή περιεκτικότητα σε U 238, ο Peierls χρησιμοποίησε την τροποποιημένη του φόρμουλα, αλλά επειδή η μέτρηση ήταν σε τόνους, αυτή η επιλογή δεν ήταν κατάλληλη για τη δημιουργία όπλων.

Τώρα ο Frisch έπρεπε να πραγματοποιήσει υπολογισμούς εντελώς διαφορετικής τάξης - με τη συμμετοχή καθαρού ουρανίου-235 και όχι αργών, αλλά γρήγορων νετρονίων. Το πρόβλημα ήταν ότι κανείς δεν γνώριζε ακόμη ποια θα έπρεπε να είναι η αναλογία του U 235 για να εξασφαλίσει την επιτυχή συμμετοχή στην αντίδραση των ταχέων νευρώνων. Αλλά οι επιστήμονες δεν το γνώριζαν αυτό γιατί δεν ήταν ακόμη δυνατό να ληφθεί επαρκής ποσότητα ουρανίου-235 στην καθαρή του μορφή.

Σε μια τέτοια κατάσταση, το μόνο που έμενε ήταν να κάνουμε υποθέσεις. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν από τους Bohr και Wheeler κατέστησαν σαφές ότι ο πυρήνας U 235 διασπάστηκε εύκολα από αργά νετρόνια. Επιπλέον, ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι η επίδραση των γρήγορων νετρονίων δεν είναι λιγότερο αποτελεσματική, και είναι ακόμη πιθανό ότι ο πυρήνας του ουρανίου-235 διασπάται σε οποιαδήποτε επαφή με αυτά. Στη συνέχεια, ο Peierls έγραψε για αυτήν την υπόθεση: «Προφανώς, από τα δεδομένα που έλαβαν οι Bohr και Wheeler, θα έπρεπε να είχε εξαχθεί ακριβώς το εξής συμπέρασμα: κάθε νετρόνιο που εισέρχεται στον πυρήνα του 235 [ουρανίου] προκαλεί τη διάσπασή του». Αυτή η υπόθεση απλοποίησε πολύ τους υπολογισμούς. Τώρα το μόνο που έμενε ήταν να υπολογίσουμε πόσο ουράνιο-235 χρειαζόταν ώστε να μπορεί να διασπαστεί εύκολα από γρήγορα νετρόνια.

Οι επιστήμονες αντικατέστησαν νέους αριθμούς στον τύπο του Peierls και έμειναν έκπληκτοι από τα αποτελέσματα που ελήφθησαν. Τόνοι ουρανίου ήταν πλέον εκτός θέματος. Η κρίσιμη μάζα, σύμφωνα με τους υπολογισμούς, ήταν μόνο αρκετά κιλά.Για μια ουσία με πυκνότητα όπως το ουράνιο, ο όγκος μιας τέτοιας ποσότητας δεν θα ξεπερνούσε το μέγεθος μιας μπάλας του γκολφ. Ο Frisch εκτιμά ότι αυτή η ποσότητα U 235 μπορεί να ληφθεί σε λίγες εβδομάδες, χρησιμοποιώντας περίπου εκατό χιλιάδες σωλήνες της συσκευής Clusius-Dickel, παρόμοια με αυτή που συναρμολόγησε στο εργαστήριο του Μπέρμιγχαμ.

«Τότε κοιταχτήκαμε όλοι, συνειδητοποιώντας ότι ήταν ακόμα δυνατό να δημιουργηθεί μια ατομική βόμβα».

(ΣΤΟ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ) κρίσιμη μάζα

ένα υποχρεωτικό σύνολο καινοτομιών που πρέπει να είναι εγγενείς και να υπάρχουν σε ένα προϊόν για να θεωρείται σύγχρονο.

Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό, 1998

κρίσιμη μάζα

την ελάχιστη μάζα σχάσιμου υλικού που εξασφαλίζει μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής σχάσης.

Κρίσιμη μάζα

τη μικρότερη μάζα σχάσιμου υλικού στην οποία μπορεί να συμβεί μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης ατομικών πυρήνων· χαρακτηρίζεται από τον πολλαπλασιασμό των νετρονίων που μετατρέπεται σε ενότητα. Οι αντίστοιχες διαστάσεις και όγκος της συσκευής στην οποία συμβαίνει η αλυσιδωτή αντίδραση ονομάζονται επίσης κρίσιμες (βλέπε Πυρηνικές αλυσιδωτές αντιδράσεις, Πυρηνικός αντιδραστήρας).

Βικιπαίδεια

Κρίσιμη μάζα

Κρίσιμη μάζα- στην πυρηνική φυσική, η ελάχιστη μάζα σχάσιμου υλικού που απαιτείται για την έναρξη μιας αυτοσυντηρούμενης αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης. Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού νετρονίων σε μια τέτοια ποσότητα ύλης είναι μεγαλύτερος από ένα ή ίσος με ένα. Οι διαστάσεις που αντιστοιχούν στην κρίσιμη μάζα ονομάζονται επίσης κρίσιμες.

Η τιμή της κρίσιμης μάζας εξαρτάται από τις ιδιότητες της ουσίας (όπως διατομές σχάσης και δέσμευσης ακτινοβολίας), την πυκνότητα, την ποσότητα των ακαθαρσιών, το σχήμα του προϊόντος, καθώς και από το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η παρουσία ανακλαστήρων νετρονίων μπορεί να μειώσει σημαντικά την κρίσιμη μάζα.

Στην πυρηνική ενέργεια, η παράμετρος κρίσιμης μάζας είναι καθοριστική για το σχεδιασμό και τους υπολογισμούς μιας μεγάλης ποικιλίας συσκευών που χρησιμοποιούν στο σχεδιασμό τους διάφορα ισότοπα ή μείγματα ισοτόπων στοιχείων που, υπό ορισμένες συνθήκες, είναι ικανά για πυρηνική σχάση με απελευθέρωση κολοσσιαίου ποσότητες ενέργειας. Για παράδειγμα, όταν σχεδιάζουμε ισχυρές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων που χρησιμοποιούν ουράνιο και ορισμένα στοιχεία υπερουρανίου ως καύσιμο, η παράμετρος κρίσιμης μάζας περιορίζει την ισχύ μιας τέτοιας συσκευής. Στους υπολογισμούς και την παραγωγή πυρηνικών και θερμοπυρηνικών όπλων, η παράμετρος κρίσιμης μάζας επηρεάζει σημαντικά τόσο τον σχεδιασμό του εκρηκτικού μηχανισμού, όσο και το κόστος και τη διάρκεια ζωής του. Στην περίπτωση του σχεδιασμού και της κατασκευής ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, οι παράμετροι κρίσιμης μάζας περιορίζουν επίσης τόσο τις ελάχιστες όσο και τις μέγιστες διαστάσεις του μελλοντικού αντιδραστήρα.

Τα διαλύματα αλάτων καθαρών σχάσιμων νουκλιδίων σε νερό με ανακλαστήρα νετρονίων νερού έχουν τη χαμηλότερη κρίσιμη μάζα. Για το U, η κρίσιμη μάζα ενός τέτοιου διαλύματος είναι 0,8 kg, για Pu - 0,5 kg, για ορισμένα άλατα Cf - 10 g.

Ο ιστότοπος περιγράφει τα βασικά της τεχνολογίας ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Αναλύονται αναλυτικά οι διαδικασίες παρασκευής και εφαρμογής ηλεκτροχημικών και χημικών επιστρώσεων, καθώς και μέθοδοι παρακολούθησης της ποιότητας των επιστρώσεων. Περιγράφεται ο κύριος και βοηθητικός εξοπλισμός του γαλβανικού καταστήματος. Παρέχονται πληροφορίες για τη μηχανοποίηση και την αυτοματοποίηση της γαλβανικής παραγωγής, καθώς και τις προφυλάξεις υγιεινής και ασφάλειας.

Ο χώρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για επαγγελματική κατάρτιση εργαζομένων στην παραγωγή.

Η χρήση προστατευτικών, προστατευτικών-διακοσμητικών και ειδικών επικαλύψεων καθιστά δυνατή την επίλυση πολλών προβλημάτων, μεταξύ των οποίων σημαντική θέση κατέχει η προστασία των μετάλλων από τη διάβρωση. Η διάβρωση των μετάλλων, δηλαδή η καταστροφή τους από ηλεκτροχημική ή χημική έκθεση στο περιβάλλον, προκαλεί τεράστιες ζημιές στην εθνική οικονομία. Κάθε χρόνο, λόγω της διάβρωσης, έως και 10-15% της ετήσιας παραγωγής μετάλλων με τη μορφή πολύτιμων εξαρτημάτων και κατασκευών, πολύπλοκων οργάνων και μηχανών τίθεται εκτός χρήσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η διάβρωση οδηγεί σε ατυχήματα.

Οι γαλβανικές επιστρώσεις είναι μία από τις αποτελεσματικές μεθόδους αντιδιαβρωτικής προστασίας· χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως για να προσδώσουν μια σειρά από πολύτιμες ειδικές ιδιότητες στην επιφάνεια των εξαρτημάτων: αυξημένη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, υψηλή ανακλαστικότητα, βελτιωμένες ιδιότητες κατά της τριβής, επιφανειακή ηλεκτρική αγωγιμότητα, ευκολότερη συγκόλληση και, τέλος, απλώς βελτίωση του τύπου εμφάνισης των προϊόντων.

Οι Ρώσοι επιστήμονες είναι οι δημιουργοί πολλών σημαντικών μεθόδων ηλεκτροχημικής επεξεργασίας μετάλλων. Έτσι, η δημιουργία της γαλβανοπλαστικής είναι η αξία του ακαδημαϊκού B. S. Jacobi (1837). Τα σημαντικότερα έργα στον τομέα της επιμετάλλωσης ανήκουν στους Ρώσους επιστήμονες E. X. Lenz και I. M. Fedorovsky. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας της επιμετάλλωσης μετά την Οκτωβριανή Επανάσταση είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τα ονόματα των επιστημονικών καθηγητών N. T. Kudryavtsev, V. I. Lainer, N. P. Fedotiev και πολλών άλλων.

Έχει γίνει πολλή δουλειά για την τυποποίηση και την ομαλοποίηση των διαδικασιών επίστρωσης. Ο απότομα αυξανόμενος όγκος εργασίας, η μηχανοποίηση και η αυτοματοποίηση των καταστημάτων ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης απαιτούσαν σαφή ρύθμιση των διαδικασιών, προσεκτική επιλογή ηλεκτρολυτών για επίστρωση, επιλογή των πιο αποτελεσματικών μεθόδων προετοιμασίας της επιφάνειας των εξαρτημάτων πριν από την εναπόθεση επιστρώσεων ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης και τελικές εργασίες, καθώς και αξιόπιστες μέθοδοι για τον ποιοτικό έλεγχο των προϊόντων. Υπό αυτές τις συνθήκες, ο ρόλος ενός έμπειρου γαλβανιστή αυξάνεται απότομα.

Ο κύριος στόχος αυτού του ιστότοπου είναι να βοηθήσει τους μαθητές των τεχνικών σχολών να κατακτήσουν το επάγγελμα του γαλβανικού εργάτη που γνωρίζει τις σύγχρονες τεχνολογικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται σε προηγμένα καταστήματα γαλβανισμού.

Η ηλεκτρολυτική επιχρωμίωση είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την αύξηση της αντοχής στη φθορά των τριβόμενων εξαρτημάτων, την προστασία τους από τη διάβρωση, καθώς και μια μέθοδο προστατευτικού και διακοσμητικού φινιρίσματος. Σημαντική οικονομία προέρχεται από την επιχρωμίωση κατά την αποκατάσταση φθαρμένων εξαρτημάτων. Η διαδικασία επιχρωμίωσης χρησιμοποιείται ευρέως στην εθνική οικονομία. Αρκετοί ερευνητικοί οργανισμοί, ινστιτούτα, πανεπιστήμια και μηχανουργικές επιχειρήσεις εργάζονται για τη βελτίωσή του. Εμφανίζονται πιο αποτελεσματικοί ηλεκτρολύτες και τρόποι επιχρωμίωσης, αναπτύσσονται μέθοδοι για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων των επιχρωμιωμένων εξαρτημάτων, ως αποτέλεσμα των οποίων διευρύνεται το πεδίο εφαρμογής της επιχρωμίωσης. Η γνώση των βασικών στοιχείων της σύγχρονης τεχνολογίας επιχρωμίωσης συμβάλλει στην εφαρμογή των οδηγιών της κανονιστικής και τεχνικής τεκμηρίωσης και στη δημιουργική συμμετοχή ενός ευρέος φάσματος επαγγελματιών στην περαιτέρω ανάπτυξη της επιχρωμίωσης.

Ο ιστότοπος ανέπτυξε ζητήματα σχετικά με την επίδραση της επιχρωμίωσης στην αντοχή των εξαρτημάτων, επέκτεινε τη χρήση αποτελεσματικών ηλεκτρολυτών και τεχνολογικών διεργασιών και εισήγαγε μια νέα ενότητα σχετικά με μεθόδους αύξησης της απόδοσης της επιχρωμίωσης. Τα κύρια τμήματα έχουν επανασχεδιαστεί λαμβάνοντας υπόψη τα προηγμένα επιτεύγματα της τεχνολογίας επιχρωμίωσης. Οι τεχνολογικές οδηγίες και τα σχέδια των κρεμαστών που δίνονται είναι υποδειγματικά, καθοδηγώντας τον αναγνώστη σε θέματα επιλογής συνθηκών επιχρωμίωσης και στις αρχές σχεδιασμού κρεμαστών.

Η συνεχής ανάπτυξη όλων των κλάδων της μηχανολογίας και της οργανοποιίας έχει οδηγήσει σε σημαντική διεύρυνση του πεδίου εφαρμογής των ηλεκτρολυτικών και χημικών επιστρώσεων.

Με χημική εναπόθεση μετάλλων, σε συνδυασμό με γαλβανική εναπόθεση, δημιουργούνται μεταλλικές επικαλύψεις σε μεγάλη ποικιλία διηλεκτρικών: πλαστικά, κεραμικά, φερρίτες, υαλοκεραμικά και άλλα υλικά. Η παραγωγή εξαρτημάτων από αυτά τα υλικά με επιμεταλλωμένη επιφάνεια εξασφάλισε την εισαγωγή νέων σχεδιαστικών και τεχνικών λύσεων, τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και τη μείωση του κόστους παραγωγής εξοπλισμού, μηχανημάτων και καταναλωτικών αγαθών.

Τα πλαστικά εξαρτήματα με μεταλλικές επιστρώσεις χρησιμοποιούνται ευρέως στην αυτοκινητοβιομηχανία, τη βιομηχανία ραδιομηχανικών και άλλους τομείς της εθνικής οικονομίας. Οι διαδικασίες επιμετάλλωσης πολυμερών υλικών έχουν γίνει ιδιαίτερα σημαντικές στην παραγωγή πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων, που αποτελούν τη βάση των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών και προϊόντων ραδιομηχανικής.

Το φυλλάδιο παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για τις διαδικασίες χημικής-ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης των διηλεκτρικών, και παρουσιάζει τις βασικές αρχές της χημικής εναπόθεσης μετάλλων. Υποδεικνύονται τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρολυτικών επικαλύψεων για επιμετάλλωση πλαστικών. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην τεχνολογία παραγωγής πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων και δίνονται μέθοδοι ανάλυσης διαλυμάτων που χρησιμοποιούνται σε διαδικασίες επιμετάλλωσης, καθώς και μέθοδοι προετοιμασίας και διόρθωσής τους.

Σε μια προσιτή και συναρπαστική μορφή, ο ιστότοπος εισάγει τη φυσική φύση στα χαρακτηριστικά της ιονίζουσας ακτινοβολίας και της ραδιενέργειας, την επίδραση διαφόρων δόσεων ακτινοβολίας σε ζωντανούς οργανισμούς, μεθόδους προστασίας και πρόληψης των κινδύνων από ακτινοβολία, τις δυνατότητες χρήσης ραδιενεργών ισοτόπων για την αναγνώριση και θεραπεία ανθρώπινων ασθενειών.