ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
  • СОЗДАНИЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
  • ЭФФЕКТИВНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ РАЗМНОЖЕНИЯ
  • НЕЙТРОННЫЙ ПОТОК
  • УСТРОЙСТВО РЕАКТОРА
  • ОТВОД ТЕПЛОТЫ В РЕАКТОРЕ
  • ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ
    ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА
  • УПРАВЛЕНИЕ РЕАКТОРОМ РЕГУЛИРОВАНИЕ
    МОЩНОСТИ РЕАКТОРА
  • АКТИВНАЯ ЗОНА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
  • ОСНОВЫ РАДИАЦИАННЫЙ БЕЗОПАСНОСТИ
  • МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ
    ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
  • Изменение нейтронного потока во времени
  • Мощность и кампания реактора
  • Контрольная работа № 1
  • Контрольная работа № 2
  •  

    МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

    Практические занятия предусматривают решение задач по разделам данной дисциплины: взаимодействия нейтронов с ядрами веществ; измерение нейтронного потока во времени, мощность и кампания реактора. Ниже приводятся задачи по этим разделам и даются для примера решения типовых задач. Вначале попробуйте решить задачи самостоятельно и только потом посмотрите предлагаемое решение. Такая тренировка поможет Вам в дальнейшем при ответах на вопросы теста и экзаменационных билетов.

    ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1

    Взаимодействие нейтронов с ядрами веществ

    Задача 1. Оценить плотность ядерного вещества.

    Решение. Плотность ядерного вещества равна

    ρя = ,

    где mя — масса ядра, г;

    V – объем ядра, см3. Учитывая, что mn1,67·-24 г, получим

    mя = mn·N + mр·Z 1,67·10-24 .

    Объем ядра равен 4/3π и пропорционален массовому числу ядра:

    Vя=4/3π= 4/3π(1,2·10-13)3 A  10-38.

    Таким образом

    ρя = =1014 = 100.

    Задача 2. Ядро U235, поглотив нейтрон, разделилось на два осколка и три нейтрона. Сколько энергии выделилось при делении, если осколками после превращения в стабильные изотопы оказались иттрий 39I89 и неодим 60Nd144?

    Решение. Находим дефект массы при реакции деления.

    ∆m= M+mn – (M1+ M2+ 3mn) = 235,11704+1,00898 – (88,93712+143,95607+ 31,00898) =0,207

    Значит:

    ∆Е =∆ m·931 = 0,207·931 = 193.

    Задача 3. Предположим, что при делении урана-235 образовались осколки 57La147 и 35Вr87, а также выделилось два нейтрона. Определить выделившуюся энергию.

    Решение. Реакция деления запишется следующим образом:

    92U235+0n′=57La147 + 35Вr87+20n′.

    Выделение энергии составит

    ∆Е={[М (U235) + mn] – [М (La147) + М (Вr87) + 2mn]}·931.

    Подставляя значения масс М (La147) = 147,92,

    М (Вr87)= 87,91, М (U255) = 235,11704, mn= 1,008982

    в данное уравнение, получим

    ∆E= 193.

    Значение выделившейся энергии может быть найдено и как разность энергии связи урана и продуктов деления:

    ∆Е = ε (La147)·147 + ε (Вr87) ·87 − ε (U235)· 235.

    Пользуясь кривой энергии связи на один нуклон, находим

    ε (La) = 8,36 МэВ; ε (Вг) = 8,51 МэВ; ε (U) = 7,6.

    Тогда ∆E = 191.

     

    Задача 4. Предположим, что при делении U235 образовались осколки молибдена 42Мо102 и олова 50Sn131 и три нейтрона. Определить выделившуюся энергию.

    Задача 5. Ядро U235 захватывает тепловой нейтрон. Найти энергию возбуждения ядра U236.

    Решение. Энергия возбуждения ядра U236 найдется на основании решения следующего уравнения:

     En=[М (U235) + mn − M (U236)]·931,5,

    где М (U235) = 235,11704 − масса нейтрального атома U235 по физической шкале;

    М (U236) = 236,11912 − масса нейтрального атома U236 по физической шкале;

    mn − масса нейтрона по физической шкале, равная 1,008992;

    931,15 − энергия, соответствующая 1 атомной единице массы (а. е. м.), которая равна 1/16 массы основного изотопа кислорода О16.

    Подставляя данные значения в уравнение для En, получим

    En= 6,42.

    Задача 6. Определить энергию возбуждения ядра урана-238 при захвате им теплового нейтрона.

    Задача 7. Вычислить энергию связи, приходящуюся на один нуклон в ядра Li6; Те126; U238, O16.

    Задача 8. Вычислить дефект массы и энергию связи ядра U235 и энегию связи, приходящуюся на 1 нуклон.

    Решение. ∆M = mn ·N + mpZ−M (А);

    ∆М (U235) = 1,008982·143 + 1,008142·92 − 235,11704 = 1,917443

    Есв= ∆М·931 = 1,91743·931 = 1780;

     

    ε = МэВ

    Задача 9. Чему равна полная и удельная энергия связи изотопа кислорода 8О16.

    Решение. Есв = ∆M·931; ∆М = 0,13696.

    Значит

    Есв = 127 МэВ; ε =  = 7,93.

    Задача 10. Во сколько раз теплотворная способность U235 больше теплотворной способности: а) условного топлива, для которого Q = 29309 кДж/кг; б) дизельного топлива, у которого Q = 41870 кДж/кг.

    Решение. При делении 1 кг урана выделяется тепла Q = 0,95·103 МВт·сутки/кг. Одному МВт соответствует 3600·103 кДж/ч. Тогда теплотворная способность 1 кг урана будет равна

    Q = 950·3600·103·24 = 82,1·109.

    Таким образом, теплотворная способность урана-235 больше теплотворной способности условного топлива в 2,7· 106 раз, а дизельного топлива в 2·106 раз.

    АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ (АЭС)