За безбедно да се работи со нуклеарно опасни фисилни материи, параметрите на опремата мора да бидат помалку од критични. Како регулаторни параметри за нуклеарна безбедност се користат: количество, концентрација и волумен на нуклеарниот опасен фисилен материјал; дијаметар на опрема со цилиндрична форма; дебелина на рамниот слој за опрема во облик на плоча. Стандардниот параметар се поставува врз основа на дозволениот параметар, кој е помал од критичниот и не треба да се надминува при работа на опремата. Во овој случај, неопходно е карактеристиките кои влијаат на критичните параметри да бидат во строго дефинирани граници. Се користат следните прифатливи параметри: количина M дополнително, волумен V дополнителен, дијаметар D дополнителен, дебелина на слојот t дополнително.

Користејќи ја зависноста на критичните параметри од концентрацијата на нуклеарно опасен фисилен нуклид, се одредува вредноста на критичниот параметар под кој SCRD е невозможен при секоја концентрација. На пример, за раствори на соли на плутониум и збогатен ураниум, критичната маса, волуменот, дијаметарот на бесконечен цилиндар и дебелината на бесконечен рамен слој имаат минимум во областа на оптимално забавување. За мешавини на метално збогатен ураниум со вода, критичната маса, како и за растворите, има изразен минимум во регионот на оптимална умереност, а критичниот волумен, дијаметар на бесконечен цилиндар, дебелина на бесконечен рамен слој при високо збогатување (> 35%) имаат минимални вредности во отсуство на модератор (r n /r 5 =0); за збогатување под 35%, критичните параметри на смесата имаат минимум при оптимална ретардација. Очигледно е дека параметрите утврдени врз основа на минималните критични параметри обезбедуваат безбедност низ целиот опсег на концентрација. Овие параметри се нарекуваат безбедни, тие се помали од минималните критични параметри. Се користат следните безбедни параметри: количина, концентрација, волумен, дијаметар, дебелина на слојот.

Кога се обезбедува нуклеарна безбедност на системот, концентрацијата на фисилниот нуклид (понекогаш и количината на модератор) е нужно ограничена според прифатлив параметар, додека во исто време, кога се користи безбеден параметар, не се наметнуваат ограничувања на концентрацијата. (или на износот на модератор).

2 КРИТИЧНА МАСА

Дали ќе се развие верижна реакција или не зависи од резултатот од конкуренцијата на четири процеси:

(1) Емисија на неутрони од ураниум,

(2) фаќање неутрони со ураниум без фисија,

(3) фаќање на неутрони од нечистотии.

(4) фаќање на неутрони со ураниум со фисија.

Ако загубата на неутрони во првите три процеси е помала од бројот на неутрони ослободени во четвртиот, тогаш се јавува верижна реакција; во спротивно тоа е невозможно. Очигледно, ако еден од првите три процеси е многу веројатен, тогаш вишокот на неутрони ослободени за време на фисија нема да може да обезбеди продолжување на реакцијата. На пример, во случај кога веројатноста за процесот (2) (заробување на ураниум без фисија) е многу поголема од веројатноста за фаќање со фисија, верижна реакција е невозможна. Дополнителна тешкотија е воведена со изотопот на природниот ураниум: тој се состои од три изотопи: 234 U, 235 U и 238 U, чиишто придонеси се 0,006, 0,7 и 99,3%, соодветно. Важно е дека веројатностите на процесите (2) и (4) се различни за различни изотопи и различно зависат од енергијата на неутроните.

За да се процени конкуренцијата на различни процеси од гледна точка на развојот на верижен процес на нуклеарна фисија во материјата, се воведува концептот на „критична маса“.

Критична маса– минималната маса на фисилен материјал што обезбедува појава на самоодржлива верижна реакција на нуклеарна фисија. Колку е пократок полуживотот на фисијата и колку е поголемо збогатувањето на работниот елемент во фисилниот изотоп, толку е помала критичната маса.

Критична маса -минималната количина на фисилен материјал потребна за иницирање на самоодржлива верижна реакција на фисија. Факторот на неутронско множење во оваа количина материја е еднаков на единство.

Критична маса- масата на фисилниот материјал на реакторот, кој е во критична состојба.

Критични димензии на нуклеарен реактор- најмалите димензии на јадрото на реакторот во кои сè уште може да се појави самоодржлива реакција на фисија на нуклеарно гориво. Вообичаено, критичната големина се зема како критичниот волумен на јадрото.

Критичен волумен на нуклеарен реактор- волумен на јадрото на реакторот во критична состојба.

Релативниот број на неутрони што се испуштаат од ураниумот може да се намали со промена на големината и обликот. Во сфера, површинските ефекти се пропорционални на квадратот, а волуметриските ефекти се пропорционални на коцката на радиусот. Емисијата на неутрони од ураниумот е површински ефект во зависност од големината на површината; фаќањето со поделба се јавува низ целиот волумен зафатен од материјалот и затоа е

волуметриски ефект. Колку е поголема количината на ураниум, толку е помала веројатноста дека емисиите на неутрони од волуменот на ураниум ќе доминираат во заробувањето на фисијата и ќе се мешаат во верижната реакција. Губењето на неутроните при фаќање без фисија е ефект на волумен, сличен на ослободувањето на неутрони при фаќање на фисија, така што зголемувањето на големината не ја менува нивната релативна важност.

Критичните димензии на уредот што содржи ураниум може да се дефинираат како димензии во кои бројот на неутрони ослободени за време на фисија е точно еднаков на нивната загуба поради бегство и фаќања кои не се придружени со фисија. Со други зборови, ако димензиите се помали од критичните, тогаш, по дефиниција, не може да се развие верижна реакција.

Само непарните изотопи можат да формираат критична маса. Само 235 U се појавуваат во природата, а 239 Pu и 233 U се вештачки, тие се формираат во нуклеарен реактор (како резултат на заробување на неутрони од 238 U јадра

и 232 Th со две последователни β - распаѓања).

ВО Во природниот ураниум, верижна реакција на фисија не може да се развие со која било количина на ураниум, меѓутоа, во изотопи како што се 235 U и 239 Pu, процесот на синџир се постигнува релативно лесно. Во присуство на модератор на неутрони, се јавува верижна реакција во природниот ураниум.

Неопходен услов за појава на верижна реакција е присуството на доволно голема количина на фисилен материјал, бидејќи во малите примероци повеќето неутрони летаат низ примерокот без да удрат во јадрото. Верижна реакција на нуклеарна експлозија се случува кога ќе достигне

фисилен материјал со одредена критична маса.

Нека има парче супстанција способна за фисија, на пример, 235 U, во која паѓа неутрон. Овој неутрон или ќе предизвика фисија, или ќе биде бескорисно апсорбиран од супстанцијата, или, откако ќе се дифузира, ќе избега низ надворешната површина. Важно е што ќе се случи во следната фаза - бројот на неутрони во просек ќе се намалува или намалува, т.е. верижна реакција ќе ослабне или развие, т.е. дали системот ќе биде во субкритична или суперкритична (експлозивна) состојба. Бидејќи емисијата на неутрони е регулирана по големина (за топка - по радиус), се јавува концептот на критична големина (и маса). За да се развие експлозија, големината мора да биде поголема од критичната големина.

Критичната големина на фисилен систем може да се процени ако е позната должината на патеката на неутроните во фисилниот материјал.

Неутронот, кој лета низ материјата, повремено се судира со јадрото; се чини дека го гледа неговиот пресек. Големината на напречниот пресек на јадрото е σ=10-24 cm2 (штала). Ако N е бројот на јадра на кубен сантиметар, тогаш комбинацијата L =1/N σ ја дава просечната должина на патеката на неутроните во однос на нуклеарната реакција. Должината на неутронската патека е единствената димензионална вредност што може да послужи како почетна точка за проценка на критичната големина. Секоја физичка теорија користи методи на сличност, кои, пак, се изградени од бездимензионални комбинации на димензионални величини, карактеристики на системот и супстанција. Толку бездимензионални

бројот е односот на радиусот на парче фисилен материјал до опсегот на неутрони во него. Ако претпоставиме дека бездимензионалниот број е од редот на единство, а должината на патеката со типична вредност N = 1023, L = 10 cm

(за σ =1) (обично σ е обично многу повисока од 1, така што критичната маса е помала од нашата проценка). Критичната маса зависи од пресекот на реакцијата на фисија на одреден нуклид. Така, за да се создаде атомска бомба, потребни се приближно 3 кг плутониум или 8 кг 235 U (со шема на имплозија и во случај на чиста 235 U). Со дизајнот на цевката на атомска бомба, приближно 50 кг оружје -Потребен е ураниум од квалитет (Со густина на ураниум од 1,895 104 kg/m3, радиусот на топката таква маса е приближно 8,5 cm, што изненадувачки добро се совпаѓа со нашата проценка

R =L =10 cm).

Сега да изведеме поригорозна формула за пресметување на критичната големина на парче фисилен материјал.

Како што е познато, распаѓањето на јадрото на ураниум произведува неколку слободни неутрони. Некои од нив го напуштаат примерокот, а некои се апсорбираат од други јадра, што предизвикува нивна фисија. Верижна реакција се јавува ако бројот на неутрони во примерокот почне да се зголемува како лавина. За да ја одредите критичната маса, можете да ја користите равенката за неутронска дифузија:

∂C

D C + β C

∂t

каде што C е концентрацијата на неутроните, β>0 е константа на брзината на реакцијата на множење на неутроните (слично на константата на радиоактивното распаѓање, таа има димензија од 1/сек, D е коефициент на дифузија на неутрони,

Нека примерокот има облик на топка со радиус R. Потоа треба да најдеме решение за равенката (1) што го задоволува граничниот услов: C (R,t )=0.

Да ја направиме промената C = ν e β t , тогаш

∂C

∂ν

ν = Д

+ βν e

∂t

∂t

Ја добивме класичната равенка на топлинска спроводливост:

∂ν

D ν

∂t

Решението на оваа равенка е добро познато

π 2 n 2

ν (r, t)=

sin π n ре

π 2 n

β −

C(r, t) =

sin π n ре

r n = 1

Верижната реакција ќе се одвива под следните услови (т.е.

C(r, t)

t →∞ → ∞ ) дека барем за едно n коефициентот во

експонентот е позитивен.

Ако β − π 2 n 2 D > 0,

тогаш β > π 2 n 2 D и критичниот радиус на сферата:

R = πn

Ако π

≥ R, тогаш за кое било n нема да има растечка експоненцијална

Ако π

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

Да се ​​ограничиме на првиот член од серијата, n =1:

R = π

Критична маса:

M = ρ V = ρ

Минималната вредност на радиусот на топката на која се јавува верижна реакција се нарекува

критичен радиус , а масата на соодветната топка екритична маса.

Заменувајќи ја вредноста за R, ја добиваме формулата за пресметување на критичната маса:

M cr = ρπ 4 4 D 2 (9) 3 β

Вредноста на критичната маса зависи од обликот на примерокот, факторот на неутронско множење и коефициентот на дифузија на неутрони. Нивното определување е сложена експериментална задача, затоа добиената формула се користи за одредување на посочените коефициенти, а извршените пресметки се доказ за постоењето на критична маса.

Улогата на големината на примерокот е очигледна: како што се намалува големината, процентот на неутрони емитирани низ неговата површина се зголемува, така што при мали (под критичните!) големини на примерокот, верижна реакција станува невозможна дури и со поволна врска помеѓу процесите на апсорпција и производство на неутрони.

За високо збогатен ураниум, критичната маса е околу 52 кг, за плутониум од типот оружје - 11 кг. Регулаторните документи за заштита на нуклеарни материјали од кражба укажуваат на критични маси: 5 кг 235 U или 2 кг плутониум (за имплозивен дизајн на атомска бомба). За топовско коло критичните маси се многу поголеми. Врз основа на овие вредности се гради интензитетот на заштита на фисилните материи од терористички напади.

Коментар. Критичната маса на 93,5% збогатен ураниумски систем (93,5% 235 U; 6,5% 238 U) е 52 kg без рефлектор и 8,9 kg кога системот е опкружен со неутронски рефлектор од берилиум оксид. Критичната маса на воден раствор на ураниум е приближно 5 kg.

Вредноста на критичната маса зависи од својствата на супстанцијата (како што се пресеците на фисија и зрачење), густината, количината на нечистотии, обликот на производот, како и околината. На пример, присуството на неутронски рефлектори може многу да ја намали критичната маса. За даден фисилен материјал, количината на материјалот што ја сочинува критичната маса може да варира во широк опсег и зависи од густината, карактеристиките (тип на материјал и дебелина) на рефлекторот и природата и процентот на присутните инертни разредувачи (како кислород во ураниум оксид, 238 U во делумно збогатени 235 U или хемиски нечистотии).

За споредба, ги претставуваме критичните маси на топчиња без рефлектор за неколку видови материјали со одредена стандардна густина.

За споредба ги даваме следните примери на критични маси: 10 kg 239 Pu, метал во алфа фаза

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

со кристална густина од 11 g/cm3; 35 kg PuO2 (94% 239 Pu) при кристална густина

форма 11,4 g/cm3. Растворите на соли на чисти фисилни нуклиди во вода со воден неутронски рефлектор имаат најмала критична маса. За 235 U, критичната маса е 0,8 kg, за 239 Pu - 0,5 kg, за 251 Cf -

Критичната маса M е поврзана со критичната должина l: M l x, каде што x зависи од обликот на примерокот и се движи од 2 до 3. Зависноста од обликот е поврзана со истекувањето на неутроните низ површината: колку е поголем површина, толку е поголема критичната маса. Примерокот со минимална критична маса има форма на сфера. Табела 5. Основни карактеристики на проценка на чисти изотопи способни за нуклеарна фисија

Неутрони

Потврда

Критички

Густина

Температура

Дисипација на топлина

спонтан

пола живот

(извор)

g/cm³

топење °C

Т 1/2

105 (кг сек.)

231 Па

232 U

Реакторот вклучен

неутрони

233U

235 U

Природно

7.038×108 години

236U

2,3416×107 години? килограм

237 Np

2,14×107 години

236 Пу

238 Пу

239 Пу

240 Pu

241 Пу

242 Пу

241 часот

242 mAm

243 mAm

243 часот

243 см

244 см

245 см

246 см

247 см

1,56×107 години

248 см

249Сп

250Сф

251Сп

252Сп

Дозволете ни да се задржиме подетално на критичните параметри на изотопите на некои елементи. Да почнеме со ураниум.

Како што веќе беше споменато неколку пати, 235 U (clark 0,72%) е од особена важност, бидејќи е фисиониран под влијание на термички неутрони (σ f = 583 штала), ослободувајќи „термички еквивалент на енергија“ од 2 × 107 kW × h / k. Бидејќи, покрај α-распаѓањето, 235 U исто така спонтано се расцепува (T 1/2 = 3,5 × 1017 години), неутроните се секогаш присутни во масата на ураниумот, што значи дека е можно да се создадат услови за појава на јас. -одржување на верижна реакција на фисија. За метал ураниум со 93,5% збогатување критичната маса е: 51 kg без рефлектор; 8,9 kg со рефлектор од берилиум оксид; 21,8 kg со полн дефлектор за вода. Наведени се критичните параметри на хомогени мешавини на ураниум и неговите соединенија

Критични параметри на изотопи на плутониум: 239 Pu: M cr = 9,6 kg, 241 Pu: M cr = 6,2 kg, 238 Pu: M cr = 12 до 7,45 kg. Најинтересни се мешавините на изотопи: 238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu. Високото специфично ослободување на енергија од 238 Pu доведува до оксидација на металот во воздухот, така што најверојатно ќе се користи во форма на оксиди. Кога се произведува 238 Pu, придружниот изотоп е 239 Pu. Односот на овие изотопи во смесата ја одредува и вредноста на критичните параметри и нивната зависност од промената на содржината на модераторот. Различни проценки на критичната маса за гола метална сфера од 238 Pu даваат вредности кои се движат од 12 до 7,45 kg, во споредба со критичната маса за 239 Pu од 9,6 kg. Бидејќи јадрото 239 Pu содржи непарен број на неутрони, критичната маса ќе се намали кога ќе се додаде вода во системот. Критичната маса од 238 Pu се зголемува со додавање на вода. За мешавина од овие изотопи, нето ефектот на додавање вода зависи од односот на изотопи. Кога содржината на маса на 239 Pu е еднаква на 37% или помалку, критичната маса на мешавината од изотопи 239 Pu и 238 Pu не се намалува кога се додава вода во системот. Во овој случај, дозволената количина од 239 Pu-238 Pu диоксиди е 8 kg. Со други

соодноси на диоксиди 238 Pu и 239 Pu, минималната вредност на критичната маса варира од 500 g за чисти 239 Pu до 24,6 kg за чисти 238 Pu.

Табела 6. Зависност на критичната маса и критичниот волумен на ураниум од збогатување со 235 U.

Забелешка. I - хомогена мешавина на метален ураниум и вода; II - хомогена мешавина на ураниум диоксид и вода; III - раствор на уранил флуорид во вода; IV - раствор на уранил нитрат во вода. * Податоци добиени со помош на графичка интерполација.

Друг изотоп со непарен број на неутрони е 241 Pu. Минималната вредност на критична маса за 241 Pu се постигнува во водени раствори во концентрација од 30 g/l и изнесува 232 kg. Кога се добива 241 Pu од озрачено гориво, секогаш е придружено со 240 Pu, што не го надминува во содржината. Со еднаков однос на нуклиди во мешавина од изотопи, минималната критична маса од 241 Pu ја надминува критичната маса од 239 Pu. Затоа, во однос на минималната критична маса на изотопот 241 Pu во

проценката на нуклеарната безбедност може да се замени со 239 Pu ако мешавината на изотопи содржи еднакви количини

241 Pu и 240 Pu.

Табела 7. Минимални критични параметри на ураниум со 100% збогатување во 233 U.

Сега да ги разгледаме критичните карактеристики на изотопите на америциум. Присуството на изотопи 241 Am и 243 Am во смесата ја зголемува критичната маса од 242 m Am. За водени раствори, постои сооднос на изотоп во кој системот е секогаш субкритичен. Кога содржината на маса од 242 m Am во мешавина од 241 Am и 242 m Am е помала од 5%, системот останува субкритичен до концентрација на америциум во раствори и механички мешавини на диоксид со вода еднаква на 2500 g/l. 243 Am помешано со 242m Am исто така се зголемува

критична маса на смесата, но во помала мера, бидејќи термичкиот пресек на зафаќање на неутрони за 243 Am е ред на големина помал од оној од 241 Am

Табела 8. Критични параметри на хомогени плутониумски (239 Pu+240 Pu) сферични склопови.

Табела 9. Зависност на критичната маса и волумен за соединенијата на плутониум* од изотопскиот состав на плутониумот

* Главен нуклид 94.239 Pu.

Забелешка: I - хомогена мешавина од метален плутониум и вода; II - хомогена мешавина на плутониум диоксид и вода; III хомогена мешавина на плутониум оксалат и вода; IV - раствор на плутониум нитрат во вода.

Табела 10. Зависност на минималната критична маса од 242 m Am од нејзината содржина во мешавина од 242 m Am и 241 Am (критичната маса се пресметува за AmO2 + H2 O во сферична геометрија со рефлектор на вода):

Критична маса 242 m Am, g

Со мала масена фракција од 245 Cm, ​​мора да се земе предвид дека 244 Cm има и конечна критична маса во системи без модератори. Други изотопи на куриум со непарен број неутрони имаат минимална критична маса неколку пати поголема од 245 cm. Во мешавина од CmO2 + H2 O, изотопот 243 Cm има минимална критична маса од околу 108 g, а 247 Cm - околу 1170 g.

Критичната маса може да се смета дека 1 g од 245 Cm е еквивалентно на 3 g од 243 Cm или 30 g од 247 Cm. Минимална критична маса 245 Cm, ​​g, во зависност од содржината на 245 Cm во мешавината на изотопи 244 Cm и 245 Cm за CmO2 +

H2O е доста добро опишан со формулата

M cr = 35,5 +

ξ + 0,003

каде ξ е масениот удел од 245 Cm во мешавината на изотопи на куриум.

Критичната маса зависи од пресекот на реакцијата на фисија. Кога се создава оружје, може да се користат секакви трикови за да се намали критичната маса потребна за експлозија. Така, за да се создаде атомска бомба, потребни се 8 кг ураниум-235 (со шема на имплозија и во случај на чист ураниум-235; кога се користи 90% ураниум-235 и со шема на буре од атомска бомба, на потребни се најмалку 45 кг ураниум за оружје). Критичната маса може значително да се намали со опкружување на примерокот на фисилен материјал со слој материјал кој рефлектира неутрони, како што се берилиум или природен ураниум. Рефлекторот враќа значителен дел од неутроните емитирани низ површината на примерокот. На пример, ако користите рефлектор со дебелина од 5 cm, изработен од материјали како ураниум, железо, графит, критичната маса ќе биде половина од критичната маса на „голата топка“. Подебелите рефлектори ја намалуваат критичната маса. Берилиумот е особено ефикасен, обезбедувајќи критична маса од 1/3 од стандардната критична маса. Термичкиот неутронски систем има најголем критичен волумен и минимална критична маса.

Степенот на збогатување на фисилниот нуклид игра важна улога. Природниот ураниум со содржина од 235 U од 0,7% не може да се користи за производство на атомско оружје, бидејќи преостанатиот ураниум (238 U) интензивно ги апсорбира неутроните, спречувајќи го развојот на процесот на синџирот. Затоа, изотопите на ураниум мора да се одвојат, што е сложена и одзема многу време. Одвојувањето треба да се изврши до степени на збогатување во 235 U над 95%. На патот, неопходно е да се ослободите од нечистотиите на елементите со висок пресек на зафаќање неутрони.

Коментар. Кога подготвуваат ураниум од типот на оружје, тие не само што се ослободуваат од непотребните нечистотии, туку ги заменуваат со други нечистотии кои придонесуваат за процесот на синџирот, на пример, внесуваат елементи кои дејствуваат како мултипликатори на неутрони.

Нивото на збогатување ураниум има значително влијание врз вредноста на критичната маса. На пример, критичната маса на ураниум збогатен со 235 U 50% е 160 kg (3 пати поголема од масата од 94% ураниум), а критичната маса на 20% ураниум е 800 kg (т.е. ~ 15 пати поголема од критичната маса 94 % ураниум). Слични коефициенти во зависност од нивото на збогатување важат и за ураниум оксид.

Критичната маса е обратно пропорционална на квадратот на густината на материјалот, M k ~ 1/ρ 2, . Така, критичната маса на металниот плутониум во делта фаза (густина 15,6 g/cm3) е 16 kg. Оваа околност се зема предвид при дизајнирање на компактна атомска бомба. Бидејќи веројатноста за фаќање на неутрони е пропорционална со концентрацијата на јадрата, зголемувањето на густината на примерокот, на пример, како резултат на неговата компресија, може да доведе до појава на критична состојба во примерокот. Во нуклеарните експлозивни направи, масата на фисилен материјал во безбедна субкритична состојба се претвора во експлозивна суперкритична состојба со помош на насочена експлозија, подложувајќи го полнењето на висок степен на компресија.

Нуклеарното оружје почна да предизвикува страв кај луѓето од самиот момент кога теоретски се докажа можноста за нивно создавање. И повеќе од половина век светот живее во овој страв, само неговата големина се менува: од параноја на 50-60-тите до постојана вознемиреност сега. Но, како воопшто стана возможна таква ситуација? Како би можела да дојде во човечкиот ум идејата за создавање на толку страшно оружје? Знаеме дека нуклеарната бомба всушност била создадена од рацете на најголемите физичари од тоа време, многу од нив биле нобеловци во тоа време или подоцна станале нив.

Авторот се обиде да даде јасен и достапен одговор на овие и на многу други прашања зборувајќи за трката за стекнување нуклеарно оружје. Главното внимание се посветува на судбината на поединечни физичари директно вклучени во настаните што се разгледуваат.

Поглавје 3 Критична маса

Во јануари 1939 година, Ото Фриш конечно доби добра вест. Дознал дека неговиот татко, иако останал во концентрациониот логор Дахау, сепак добил шведска виза. Наскоро бил ослободен и во Виена можел да ја запознае мајката на Фриш. Заедно се преселија на место каде ништо не им се закануваше - во Стокхолм.

Но, дури и таквата радосна вест не можеше да го ослободи Ото од претчувството за неизбежна голема неволја, која неодамна го обзеде. Исчекувањето на почетокот на војната, кое беше веднаш зад аголот, го втурна подлабоко во бездната на депресијата. Фриш не гледаше смисла да продолжи со истражувањето што го правеше во Копенхаген. Порасна и чувството на несигурност. Кога Британецот Патрик Блекет и Австралиецот Марк Олифант пристигнале во лабораторијата на Бор, Ото побарал од нив помош.

Олифант пораснал во Аделаида. Отпрвин бил заинтересиран за медицина и особено за стоматологија, но на универзитетот се заинтересирал за физика. Откако го слушаше Еренст Радерфорд, Новозеланѓанец по потекло, впечатливиот студент реши да се занимава со нуклеарна физика. Во 1927 година, тој се приклучил на истражувачкиот тим на Радерфорд во лабораторијата Кевендиш во Кембриџ. Таму, во раните 1930-ти, тој од прва рака беше сведок на многу извонредни откритија во областа на нуклеарната физика. Во 1934 година, во коавторство со Радерфорд (како и германскиот хемичар Пол Хартек), Олифант објави труд во кој ја опишува реакцијата на нуклеарна фузија која вклучува тежок водород - деутериум.

Во 1937 година, Олифант добил професорско место на Универзитетот во Бирмингем, станувајќи декан на Факултетот за физика. Тој беше многу сочувствителен со барањето за помош на Фриш и набрзо му испрати писмо во кое го покани Ото да го посети Бирмингем во летото 1939 година и на лице место да види што може да се направи за него. Смиреноста и самодовербата на Олифант многу го импресионираа Фриш, кој не можеше да се извлече од депресијата и не чекаше друга покана. Откако спакувал два мали куфери, заминал за Англија, „не се разликува од другите туристи“.

Австралиецот договорил Ото да стане помлад учител. Сега работеше во прилично неформална атмосфера. Олифант им одржа предавања на студентите и ги упатуваше кај Фриш оние кои имаа потешкотии да совладаат нов материјал. Ото работеше со неколку десетици студенти кои му поставија огромен број прашања и следеше многу жива дискусија. На Фриш навистина му се допадна овој вид на работа.

Во Бирмингем, Фриш се сретна со друг емигрант, неговиот сонародник Рудолф Пеерлс. Рудолф е роден во Берлин, во семејство на асимилирани Евреи. Студирал физика во Берлин, Минхен и Лајпциг, каде што ја завршил својата одбрана во 1928 година кај Хајзенберг. Пејерлс потоа се преселил во Цирих, Швајцарија, и таму во 1932 година бил награден со Рокфелер стипендија. Морал да учи прво во Рим, кај Ферми, а потоа во Кембриџ, Англија, кај теоретскиот физичар Ралф Фаулер. Кога Хитлер дојде на власт во 1933 година, Пеерлс беше во Англија. Набрзо му стана јасно дека повратниот пат кон Германија е затворен. По завршувањето на студиите, Рудолф замина во Манчестер, каде што работеше со Лоренс Брег, а потоа се врати во Кембриџ, каде што остана неколку години. Во 1937 година станал професор по математика на Универзитетот во Бирмингем.

Од септември 1939 година, по избувнувањето на војната, лабораториите во Бирмингем првенствено се вклучија во многу важни - и класифицирани - истражувања за војската.

Работата на научниците беше поврзана со резонантниот магнетрон - уред неопходен за генерирање на интензивно микробранова радијација во радари на авиони на земја и на одборот. Сноу подоцна ги нарече овие уреди „највредниот научен изум на Британците направен за време на војната со Хитлер“.

Бидејќи биле граѓани на непријателска држава, Фриш и Пеерлс не требало да знаат ништо за овие дела. Сепак, тајноста на проектот беше од некоја неразбирлива природа. Олифант понекогаш му поставуваше хипотетички прашања на Пеерлс кои започнуваа со зборовите: „Ако сте се соочиле со следниот проблем...“. Како што подоцна ќе напише Фриш, „Олифант знаеше дека Пеерлс знае, и мислам дека Пејерлс знаеше дека Олифант знаеше дека знае. Сепак, ниту еден од нив не покажа никаков знак за тоа“.

Фриш не работеше постојано со студенти, така што, имајќи доволно слободно време, повторно можеше да се зафати со проблемот со нуклеарната фисија. Користејќи ја лабораторијата кога таа не беше окупирана, Ото спроведе неколку мали експерименти. Бор и Вилер тврдеа дека ураниумот е фисилен главно поради изотопот U235, кој не е многу стабилен. Фриш одлучил да го докаже тоа експериментално, добивајќи податоци од примероци со малку зголемена содржина на реткиот изотоп. За да изолира мали количества ураниум-235, тој составил мал апарат кој го користел методот на термичка дифузија измислен од Клузиус и Дикел. Сепак, напредокот е исклучително бавен.

Во меѓувреме, Британското хемиско друштво му пријде на Фриш со барање да напише преглед за нив и да ги истакне сите неодамнешни достигнувања во проучувањето на атомското јадро, за да биде разбирливо и интересно за хемичарите. Ото ја напишал статијата во неговата изнајмена соба. Без да го соблече палтото, седна, држејќи ја машината за пишување во скутот, во близина на горилникот за гас, обидувајќи се да се загрее барем малку: температурата таа зима падна на -18 ° C. Во текот на ноќта водата во чашата замрзна.

Зборувајќи за нуклеарната фисија, тој го повтори општоприфатеното мислење во тоа време: ако еден ден е можно да се изврши самоодржлива верижна реакција, тогаш имајќи го предвид фактот дека таа мора да користи бавни неутрони, атомска бомба во која верижна реакција ќе се случи ќе биде практично невозможно да експлодира. „Ќе постигневме барем сличен резултат ако едноставно запалевме слично количество барут“, напиша тој во последниот дел. Фриш воопшто не верувал во можноста за создавање атомска бомба.

Меѓутоа, откако ја заврши статијата, почна да размислува. Главниот проблем во моментот, според Бор и Вилер, биле бавните неутрони. Јадрото на ураниум-238 отсекогаш заробувало брзи неутрони кои имаат одредена „резонантна“ енергија или брзина, но потребни се само бавни неутрони за да реагираат со природниот ураниум. Сепак, нивната употреба значеше дека добиената енергија ќе се акумулира многу бавно. Ако реакцијата се засноваше на бавни неутрони, ослободената енергија ќе го загрее ураниумот и веројатно ќе го стопи или дури и ќе го испари долго пред да може да експлодира. Како што ураниумот се загрева, сè помалку неутрони ќе влезат во реакцијата и на крајот тој едноставно ќе изумре.

На истото мислење дојдоа и физичарите на Ураниумското друштво. Сепак, Фриш сега беше многу заинтересиран за одговорот на прашањето: што би се случило ако користите брзонеутрони? Се сметаше дека ураниум-235 е расцепен од двата типа на неутрони. Меѓутоа, ако има премногу U 238 во фисионираниот ураниум, тогаш брзите секундарни неутрони емитирани од распаѓањето U 235 ќе бидат од мала корист: овие брзи секундарни неутрони веројатно ќе избегаат од реакцијата поради резонантното зафаќање од ураниумот- 238 јадро. Но, оваа пречка може лесно да се заобиколи ако се користи чист или речиси чист ураниум-235. Фриш составил мал апарат Clusius-Dickel за одвојување на U 235 без многу потешкотии. Беше јасно дека на овој начин е невозможно да се добијат големи количини чист ураниум-235, на пример неколку тони. Но, што ако многу помала количина е доволна за верижна реакција со брзи неутрони?

Верижна реакција на брзи неутрони користејќи чист ураниум-235 - ако претпоставиме дека атомската бомба првично имала некаква тајна, тогаш таа сега му стана позната на Фриш.

Ото ги споделил своите размислувања со Пеерлс, кој на почетокот на јуни 1939 година ја финализирал формулата за пресметување на критичната маса на материјал потребна за одржување на нуклеарна верижна реакција. Оваа формула е составена од францускиот теоретски физичар Френсис Перин. За мешавина на изотопи со висока содржина на U 238, Пејерлс ја користел неговата изменета формула, но бидејќи пребројувањето било во тони, оваа опција не била погодна за создавање оружје.

Сега Фриш требаше да изврши пресметки со сосема поинаков редослед - со учество на чист ураниум-235 и не бавни, туку брзи неутрони. Проблемот беше што никој сè уште не знаеше колкав треба да биде процентот на U 235 за да се обезбеди успешно учество во реакцијата на брзите неврони. Но, научниците не го знаеле ова бидејќи сè уште не било можно да се добие доволна количина на ураниум-235 во чиста форма.

Во таква ситуација остана само да се прават претпоставки. Резултатите добиени од Бор и Вилер јасно покажаа дека јадрото U 235 лесно се разделува со бавни неутрони. Понатаму, логично беше да се претпостави дека ефектот на брзите неутрони не е помалку ефикасен, па дури и можно е јадрото на ураниум-235 да се расцепи при каков било контакт со нив. Последователно, Пиерлс напиша за оваа хипотеза: „Очигледно, од податоците добиени од Бор и Вилер, требаше да се извлече токму следниот заклучок: секој неутрон што влегува во јадрото на 235 [ураниум] предизвикува негово распаѓање“. Оваа претпоставка во голема мера ги поедностави пресметките. Сега остана само да се пресмета колку ураниум-235 е потребен за да може лесно да се подели со брзи неутрони.

Научниците заменија нови броеви во формулата на Пеерлс и беа воодушевени од добиените резултати. Тони ураниум сега не станува збор. Критичната маса, според пресметките, била само неколку килограми.За супстанца со густина како ураниум, волуменот на таква количина не би ја надминал големината на топче за голф. Фриш проценува дека оваа количина на U 235 може да се добие за неколку недели, користејќи околу сто илјади цевки од апаратот Клузиус-Дикел, сличен на оној што тој го составил во лабораторијата во Бирмингем.

„Тогаш сите се погледнавме, сфаќајќи дека сè уште е можно да се создаде атомска бомба“.

(ВО МАРКЕТИНГ) критична маса

задолжителен сет на иновации кои мора да бидат својствени и присутни во еден производ за тој да се смета за модерен.

Енциклопедиски речник, 1998 г

критична маса

минималната маса на фисилен материјал што обезбедува самоодржлива верижна реакција на нуклеарна фисија.

Критична маса

најмалата маса на фисилен материјал при која може да се појави самоодржлива верижна реакција на фисија на атомски јадра; се карактеризира со факторот на неутронско множење кој се претвора во единство. Соодветните димензии и волуменот на уредот во кој се случува верижната реакција се нарекуваат и критични (види Нуклеарни верижни реакции, Нуклеарен реактор).

Википедија

Критична маса

Критична маса- во нуклеарната физика, минималната маса на фисилен материјал потребна за иницирање на самоодржлива верижна реакција на фисија. Факторот на неутронско множење во таква количина на материја е поголем од еден или еднаков на еден. Димензиите што одговараат на критичната маса се нарекуваат и критични.

Вредноста на критичната маса зависи од својствата на супстанцијата (како што се пресеците на фисија и зрачење), густината, количината на нечистотии, обликот на производот, како и околината. На пример, присуството на неутронски рефлектори може многу да ја намали критичната маса.

Во нуклеарната енергија, параметарот на критична маса е одлучувачки во дизајнот и пресметките на широк спектар на уреди кои во нивниот дизајн користат различни изотопи или мешавини на изотопи на елементи кои, под одредени услови, се способни за нуклеарна фисија со ослободување на колосална количини на енергија. На пример, при дизајнирање моќни генератори на радиоизотоп кои користат ураниум и голем број трансураниумски елементи како гориво, параметарот на критична маса ја ограничува моќноста на таков уред. Во пресметките и производството на нуклеарно и термонуклеарно оружје, параметарот на критична маса значително влијае и на дизајнот на експлозивната направа, како и на неговата цена и рок на траење. Во случај на дизајнирање и изградба на нуклеарен реактор, параметрите на критичната маса исто така ги ограничуваат минималните и максималните димензии на идниот реактор.

Растворите на соли на чисти фисилни нуклиди во вода со воден неутронски рефлектор имаат најмала критична маса. За U, критичната маса на таков раствор е 0,8 kg, за Pu - 0,5 kg, за некои соли Cf - 10 g.

Веб-страницата ги прикажува основите на технологијата на галванизација. Детално се дискутирани процесите на подготовка и примена на електрохемиски и хемиски премази, како и методи за следење на квалитетот на облогите. Опишана е главната и помошната опрема на галванската продавница. Обезбедени се информации за механизација и автоматизација на галванското производство, како и санитарни и безбедносни мерки на претпазливост.

Сајтот може да се користи за стручно оспособување на работниците во производството.

Употребата на заштитни, заштитно-декоративни и специјални премази ни овозможува да решиме многу проблеми, меѓу кои важно место зазема заштитата на металите од корозија. Корозијата на металите, односно нивното уништување поради електрохемиска или хемиска изложеност на животната средина, предизвикува огромна штета на националната економија. Секоја година, поради корозија, до 10-15% од годишното производство на метал во форма на вредни делови и конструкции, сложени инструменти и машини излегува од употреба. Во некои случаи, корозија доведува до несреќи.

Галванските премази се еден од ефективни методи за заштита од корозија; тие исто така се широко користени за да се пренесат голем број вредни посебни својства на површината на деловите: зголемена цврстина и отпорност на абење, висока рефлексивност, подобрени својства против триење, површинска електрична спроводливост, полесно лемење и, конечно, едноставно да се подобри изгледот тип на производи.

Руските научници се креатори на многу важни методи за електрохемиска обработка на метали. Така, создавањето на галванопластика е заслуга на академик Б. С. Јакоби (1837). Најважните дела во областа на галванизацијата им припаѓаат на руските научници E. X. Lenz и I. M. Fedorovsky. Развојот на технологијата на галванизација по Октомвриската револуција е нераскинливо поврзан со имињата на научните професори N. T. Kudryavtsev, V. I. Lainer, N. P. Fedotiev и многу други.

Направено е многу работа за стандардизирање и нормализирање на процесите на обложување. Нагло зголемениот обем на работа, механизација и автоматизација на продавниците за галванизација бараше јасна регулација на процесите, внимателен избор на електролити за обложување, избор на најефикасните методи за подготовка на површината на деловите пред таложење на облогите за галванизација и завршните операции, како и сигурни методи за контрола на квалитетот на производите. Во овие услови, улогата на квалификуван работник за галванизација нагло се зголемува.

Главната цел на оваа страница е да им помогне на студентите од техничките училишта да ја совладаат професијата галвански работник кој ги познава современите технолошки процеси кои се користат во напредните продавници за галванизација.

Електролитичкото хромирање е ефикасен начин за зголемување на отпорноста на абење на деловите за триење, нивна заштита од корозија, како и метод за заштитна и декоративна завршна обработка. Значителни заштеди доаѓаат од хромирањето при реставрација на истрошените делови. Процесот на хромирање е широко користен во националната економија. Голем број истражувачки организации, институти, универзитети и машински претпријатија работат на негово подобрување. Се појавуваат поефикасни електролити и режими на хромирање, се развиваат методи за подобрување на механичките својства на хромираните делови, како резултат на што се проширува опсегот на хромирањето. Познавањето на основите на модерната технологија на хромирање придонесува за имплементација на упатствата за регулаторната и техничката документација и креативното учество на широк опсег на практичари во понатамошниот развој на хромирањето.

Веб-страницата разви прашања за влијанието на хромирањето врз јачината на деловите, ја прошири употребата на ефективни електролити и технолошки процеси и воведе нов дел за методи за зголемување на ефикасноста на хромирањето. Главните делови се редизајнирани земајќи ги предвид напредните достигнувања на технологијата на хромирање. Дадените технолошки инструкции и дизајни на уреди за закачување се примерни, кои го водат читателот во однос на изборот на условите за хромирање и принципите на дизајнирање на уреди за закачување.

Континуираниот развој на сите гранки на машинството и изработката на инструменти доведе до значително проширување на опсегот на примена на електролитски и хемиски премази.

Со хемиско таложење на метали, во комбинација со галванско таложење, металните облоги се создаваат на широк спектар на диелектрици: пластика, керамика, ферити, стакло-керамички и други материјали. Производството на делови од овие материјали со метализирана површина обезбеди воведување нови дизајнерски и технички решенија, подобрување на квалитетот на производите и намалување на трошоците за производство на опрема, машини и стоки за широка потрошувачка.

Пластичните делови со метални премази се широко користени во автомобилската индустрија, индустријата за радио инженерство и други сектори на националната економија. Процесите на метализација на полимерните материјали станаа особено важни во производството на печатени кола, кои се основа на современите електронски уреди и радиоинженерски производи.

Во брошурата се дадени потребните информации за процесите на хемиско-електролитичка метализација на диелектриците, а се претставени и основните принципи на хемиско таложење на металите. Наведени се карактеристиките на електролитски премази за метализација на пластика. Значително внимание се посветува на технологијата на производство на печатени плочки, а се дадени методи за анализа на растворите што се користат во процесите на метализација и методи за нивна подготовка и корекција.

Во достапна и фасцинантна форма, страницата ја воведува физичката природа во карактеристиките на јонизирачкото зрачење и радиоактивноста, влијанието на различни дози на зрачење врз живите организми, методите за заштита и спречување на опасностите од радијација, можностите за користење на радиоактивни изотопи за препознавање и лекување на болести кај луѓето.