Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 8 – Reakcje jądrowe.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 8 – Reakcje jądrowe."— Zapis prezentacji:

1 FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 8 – Reakcje jądrowe

2 Reakcje jądrowe kanał wejściowy kanał wyjściowy a + A B +... a + A rozpraszanie elastyczne a + A a + A*rozpraszanie nieelastyczne Energie: niskie< 20 MeV średniedo kilkaset MeV wielkie do kilku GeV ultrawielkie

3 Badamy: przekroje czynne – miarę prawdopodobieństwa zajścia danego procesu tożsamości cząstek (masa, ładunek, spin, parzystość) charakterystyki kinematyczne (p t, p l, E, ) Eksperymenty ekskluzywne – pełna informacja o wszystkich produktach reakcji. Eksperymenty inkluzywne – badanie niektórych produktów reakcji

4 Przekrój czynny = efektywna powierzchnia

5 Przekrój czynny oddziaływanie pomiar prawdopodobieństa przekrój czynny

6 n - strumień padających cząstek k - koncentracja centrów tarczy (identycznych), m -3 - efektywna powierzchnia centrów, m 2 Sdx - objętość warstwy kSdx - ilość centrów w warstwie kSdx - efektywna powierzchnia czynna warstwy (bez przekrywania) dx S

7 pomiar ułamek cząstek, które uległy oddziaływaniu: prawdopodobieństwo oddziaływania mierzymy n(x) dla różnych grubości x, znając k (koncentrację centrów) - wyznaczamy

8 średnia droga swobodna: jednostka przekroju czynnego: barn, b= m 2 ( geometryczny przekrój poprzeczny jądr a A~120) pomiar przez pomiar średniej drogi swobodnej

9 Różniczkowy przekrój czynny R óżniczkowy przekrój czynny – prawdopodobieństwo, że produkty reakcji wylecą w kierunku wyznaczonym przez k ą ty i. z y x d ( - kąt bryłowy)

10 symetria azymutalna: w ogólności: oś zderzenia

11 cos f( ) 1 izotropia a podwójny różniczkowy przekrój czynny:

12 Reakcje jądrowe Q > 0 – reakcja egzoenergetyczna Q < 0 – reakcja endoenergetyczna Energia progowa Zasada zachowania energii: lub

13 Z asady zachowania Zasada zachowania liczby barionowej: Zasada zachowania ładunku: przykłady: 2 1 H H 3 2 He + n 1 +1 = = p Li 7 4 Be + n = = He Be 12 6 C + n = = He B 14 7 N + n = = reakcja ładunek liczba nukleonów

14 Kinematyka reakcji laboratoryjny układ odniesienia: vava MAMA MaMa vBvB MBMB B vbvb b MbMb LAB vBvB vava MAMA MaMa vBvB ' b MbMb v' b MBMB B CM układ środka masy:

15 Kinematyka reakcji v' b vbvb vovo ' b b prędkość środka masy: energia całkowita: zasada zach. energii i pędu: v b – prędkość cząstki b w ukł. lab. v b – prędkość cząstki b w ukł. CM

16 Energia reakcji Q > 0 reakcja egzoenergetyczna Q < 0 reakcja endoenergetyczna (istnieje próg) związek relatywistyczny: w przypadku nierelatywistycznym: wyznaczamy Q mierząc T b i b

17 Model jądra złożonego Dwa etapy reakcji: I.pocisk wchłonięty przez jądro – powstaje wzbudzone jądro zlożone II.rozpad jądra złożonego z emisją cząstek Przykład: rozszczepienie

18 Model jądra złożonego np.: 4 2 He Ni Zn + 2n Zn* p Cu Zn + n a + A Z X C* I etap C* b 1 + Y 1 + … II etap b 2 + Y 2 + … C* + przejście do niższego stanu wzbudzenia

19 kształty rozkładów przekrojów czynnych podobne dla różnych reakcji – jądro złożone nie pamięta jak powstało. rozkłady pędów i energii neutronów wtórnych również podobne energia pocisku

20 R ozkład energii kinetycznych cz ą stek wtórnych zbliżony do rozk ł adu Maxwella: Model jądra złożonego temperatura jądra? T (5,200) MeV

21 Reakcje bezpośrednie 16 O 17 O 2H2H 1H1H b stripping (zdarcie): d + 16 O p + 17 O (Q=1.92 MeV)

22 Reakcje bezpośrednie 16 O 15 O 2H2H 3H3H b pick-up (poderwanie): d + 16 O 3 H + 15 O

23 Reakcje bezpośrednie anizotropowy rozkład kątowy z maksimum dla małych kątów słaba zależność przekroju czynnego od energii cząstki padającej reakcja jednoetapowa, peryferyjna twarde widma (przesunięte do wyższej energii) z ostrym maksimum energia protonów liczba protonów (n,p) jądro złożone (n,p) reakcja wprost

24 Energia jądrowa rozszczepienie synteza jądrowa

25 Rozszczepienie n U U U Np + e + e lata 30 XX w. – poszukiwanie nowych nuklidów Ponadto stwierdzono obecność w stanie końcowym jąder środkowej części układu okresowego. kolejna przemiana reakcja przez jądro złożone transuranowce

26 Transuranowce Jądra nie występujące w przyrodzie – stworzone sztucznie Nietrwałe: przemiana lub rozszczepienie Znazwa 93neptun 94pluton 95ameryk 96kiur 97berkel 98kaliforn 99einstein 100ferm …… 114Uuq długi czas życia (dziesiątki sekund) – 114 liczba magiczna

27 Rozszczepienie Udział procentowy fragmentów rozszczepienia w zależności od liczby masowej A najbardziej prawdopodobne liczby masowe: 95 i 139, liczby atomowe: 38 i 54 liczba neutronów 0 – 8, średnio 2,5

28 Reakcja rozszczepienia Zmiany energii potencjalnej podczas rozszczepienia.

29 W celu wytworzenia tej ilości energii w elektrownii konwencjonalnej należałoby spalić ok t węgla kamiennego. Reakcja rozszczepienia przy rozszczepieniu jądra (energia wiązania 7,5 MeV) powstaną dwa o liczbie masowej zbliżonej do 118 i energii wiązania ~8,35 MeV) w jednym akcie rozszczepienia wyzwoli się energia (8,35- 7,5)235=202 MeV. W jednym kilogramie uranu znajduje się 2, jąder, co oznacza, że przy całkowitym rozszczepieniu jąder znajdujących się w 1kg uranu uzyska się energię:

30 Reakcja rozszczepienia rozpad - wyzwala się 5,6 MeV wyzwala się 180 MeV

31 Reakcja rozszczepienia

32

33 reakcja rozszczepienia

34

35 reakcja łańcuchowa 235 U – 0,72%

36

37 bilans energia kinetyczna jąder produktów 165 MeV energia wynoszona przez neutrony 5 MeV energia natychmiastowych kwantów 7 MeV energia rozpadów jąder promieniotwórczych 25 MeV razem 200 MeV spalanie węgla: 4 eV na atom (C + O 2 = CO 2 )

38 Reaktor jądrowy Wykorzystanie ciepła generowanego w paliwie jądrowym jest głównym celem eksploatacji reaktorów energetycznych. Główna część energii rozszczepienia - energia kinetyczna fragmentów. wzrost temperatury

39 Reaktor Z punktu widzenia skuteczności działania neutrony dzielimy na: Neutrony prędkie o energii większej niż 0,5 MeV Neutrony pośrednie o energii 0,1 eV - 0,5 MeV Neutrony termiczne o energii ok. 0,025eV Przekrój czynny na rozszczepienie maleje ze wzrostem energii neutronów.

40 Paliwo reaktora Izotop jest jedynym nuklidem występującym w stanie naturalnym w przyrodzie, który można rozszczepić neutronami termicznymi. stanowi wagowo 0,71% uranu naturalnego, resztę stanowi izotop - wzbogacanie paliwa. Neutronami prędkimi można rozszczepić także jądra izotopów i. nuklidy wytwarzane z toru i uranu

41 Paliwo reaktora Reakcje powielania paliwa: izotopy paliworodne izotopy rozszczepialne

42 Warunki podtrzymania reakcji: masa krytyczna spowalnianie neutronów 2 MeV 0,1 eV Kontrola reakcji: wychwyt neutronów – zahamowanie reakcji łańcuchowej.

43 W rdzeniu jest wytwarzana w procesie rozszczepienia jądra energia cieplna oraz strumień neutronów, niezbędny do podtrzymywania reakcji łańcuchowej. Reaktor Rdzeń: paliwo jądrowe otoczone moderatorem (spowalniaczem neutronów), z odpowiednimi kanałami przepływu czynnika chłodzącego oraz kanałami dla urządzeń sterujących Pozostałe główne elementy reaktora tworzą: reflektor neutronów, osłona termiczna, zbiornik reaktora i osłona biologiczna.

44 Liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest równa liczbie neutronów traconych. W reaktorze zachodzi kontrolowana, samopodtrzymująca się, reakcja łańcuchowa. Liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest większa niż liczba neutronów traconych. Liczba neutronów powstających w reaktorze w jednostce czasu jest mniejsza niż liczba neutronów traconych. Grozi wybuchem Reakcja wygasa

45 Reaktor jądrowy 1. Pręty paliwowe – materiał rozszczepialny 2. Moderator ( spowalnia neutrony) - grafit lub tzw. ciężka woda 3. Kanał chłodzenia - ciekły sód lub woda 4. Pręty regulacyjne (kadm pochłania neutrony - ma spowalniać lub przyspieszać reakcję)

46 Reaktor wysokotemperaturowy

47

48

49

50

51

52 Reaktor ten posiada kilka bardzo interesujących cech: - Praca w bardzo wysokich temperaturach. Temperatura chłodziwa dochodzi nawet do 1000°C, dzięki czemu może zostać wykorzystane jako źródło ciepłą do zasilania procesów przemysłowych wysokotemperaturowych - Wysoka sprawność. Dzięki dobremu bilansowi neutronów uzyskuje się współczynnik konwersji równy jedności i bardzo wysokiego stopnia wypalenia paliwa. Istnieje możliwość zmiany paliwa w trakcie pracy reaktora. - Wysoki stopień bezpieczeństwa. Reaktor ten charakteryzuje się dużą pojemnością cieplną, dzięki czemu jest mniej wrażliwy na awarie systemu chłodzenia – bez uszkodzenia może przetrzymać w takim stanie godzinę (dla porównania PWR do 2 minut). Także charakteryzują się bardzo niskim stopniem narażenia radiacyjnego personelu. Reaktor wysokotemperaturowy

53 Hiroshima :16:02 Nagasaki bomba atomowa


Pobierz ppt "FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 8 – Reakcje jądrowe."

Podobne prezentacje


Reklamy Google