MASSA KRITIS, massa minimum bahan berkemampuan fisil yang diperlukan untuk memulai REAKSI RANTAI dalam bom atom atau reaktor atom. Dalam bom atom, bahan yang meledak dibagi menjadi beberapa bagian, yang masing-masing kurang kritis ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

Lihat MASSA KRITIS. Raizberg B.A., Lozovsky L.Sh., Starodubtseva E.B. Kamus ekonomi modern. edisi ke-2, rev. M.: INFRA M.479 s.. 1999 ... kamus ekonomi

MASSA KRITIS- zat fisil terkecil (lihat) (uranium 233 atau 235, plutonium 239, dll.), di mana reaksi berantai mandiri dari fisi inti atom dapat terjadi dan berlanjut. Nilai massa kritis tergantung pada jenis bahan fisil, ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

Massa KRITIS, massa minimum bahan fisil (bahan bakar nuklir) yang menjamin aliran reaksi berantai fisi nuklir mandiri. Nilai massa kritis (Mcr) tergantung pada jenis bahan bakar nuklir dan geometriknya ... ... Ensiklopedia Modern

Massa minimum bahan fisil yang memastikan aliran reaksi berantai fisi nuklir mandiri ... Kamus Ensiklopedis Besar

Massa kritis adalah massa bahan bakar terkecil di mana reaksi berantai mandiri dari fisi nuklir dapat dilanjutkan dengan desain dan komposisi inti tertentu (tergantung pada banyak faktor, misalnya: komposisi bahan bakar, moderator, bentuk ... .. . Istilah tenaga nuklir

massa kritis- Massa bahan bakar terkecil di mana reaksi berantai mandiri dari fisi nuklir dapat dilanjutkan dengan desain dan komposisi inti tertentu (tergantung pada banyak faktor, misalnya: komposisi bahan bakar, moderator, bentuk inti dan ... .. . Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Massa kritis- CRITICAL MASS, massa minimum bahan fisil (bahan bakar nuklir), yang memastikan aliran reaksi berantai fisi nuklir mandiri. Nilai massa kritis (Mcr) tergantung pada jenis bahan bakar nuklir dan geometriknya ... ... Kamus Ensiklopedis Bergambar

Jumlah minimum bahan bakar nuklir yang mengandung nuklida fisil (233U, 235U, 239Pu, 251Cf), dengan kromium, reaksi berantai fisi nuklir dimungkinkan (lihat Fisi nuklir. Reaktor nuklir, Ledakan nuklir). K.m. tergantung pada ukuran dan bentuknya ... ... Ensiklopedia Fisik

Massa minimum bahan fisil yang menjamin aliran reaksi fisi nuklir mandiri. * * * CRITICAL MASS CRITICAL MASS, massa minimum dari bahan fisil yang memastikan aliran bahan bakar mandiri ... kamus ensiklopedis

Buku

• Massa kritis, Veselova N., Dalam buku Natalia Veselova, anggota Persatuan Penulis Antar Daerah Rusia, anggota penuh Akademi Sastra dan Seni Rupa Rusia. G. R. Derzhavin, yang terpilih masuk ... Kategori: Publikasi lainnya
• Massa kritis, Natalia Veselova, Dalam buku Natalia Veselova, anggota Persatuan Penulis Antar Daerah Rusia, anggota penuh Akademi Sastra dan Seni Rupa Rusia. G.R. Derzhavin, termasuk cerita terpilih ... Kategori:

Situs ini menguraikan dasar-dasar teknologi elektroplating. Proses persiapan dan penerapan pelapis elektrokimia dan kimia, serta metode kontrol kualitas pelapisan dipertimbangkan secara rinci. Peralatan utama dan tambahan dari toko pelapisan listrik dijelaskan. Informasi tentang mekanisasi dan otomatisasi produksi galvanik, serta tindakan pencegahan sanitasi dan keselamatan diberikan.

Situs ini dapat digunakan untuk pelatihan kejuruan pekerja di bidang produksi.

Penggunaan lapisan pelindung, pelindung-dekoratif dan khusus memungkinkan untuk memecahkan banyak masalah, di antaranya tempat penting ditempati oleh perlindungan logam dari korosi. Korosi logam, yaitu penghancurannya karena aksi elektrokimia atau kimia lingkungan, menyebabkan kerusakan besar pada ekonomi nasional. Setiap tahun, sebagai akibat dari korosi, hingga 10-15% dari hasil tahunan logam dalam bentuk bagian dan struktur yang berharga, instrumen dan mesin yang kompleks tidak dapat digunakan. Dalam beberapa kasus, korosi menyebabkan kecelakaan.

Pelapis elektroplating adalah salah satu metode perlindungan korosi yang efektif, mereka juga banyak digunakan untuk memberikan sejumlah sifat khusus yang berharga ke permukaan bagian: peningkatan kekerasan dan ketahanan aus, reflektifitas tinggi, peningkatan sifat anti-gesekan, konduktivitas listrik permukaan, solderability lebih mudah, dan, akhirnya, hanya untuk meningkatkan jenis produk eksternal.

Ilmuwan Rusia adalah pencipta banyak metode penting pemrosesan elektrokimia logam. Dengan demikian, penciptaan elektroforming adalah prestasi Akademisi B. S. Jacobi (1837). Karya terpenting di bidang pelapisan listrik adalah milik ilmuwan Rusia E. Kh. Lenz dan I. M. Fedorovsky. Perkembangan elektroplating setelah Revolusi Oktober terkait erat dengan nama-nama profesor ilmiah N. T. Kudryavtsev, V. I. Liner, N. P. Fedotiev dan banyak lainnya.

Banyak pekerjaan telah dilakukan untuk menstandardisasi dan menormalkan proses pelapisan. Volume pekerjaan yang meningkat tajam, mekanisasi dan otomatisasi toko pelapisan listrik memerlukan pengaturan proses yang jelas, pemilihan elektrolit yang cermat untuk pelapisan, pemilihan metode yang paling efektif untuk mempersiapkan permukaan bagian sebelum pengendapan pelapisan pelapis dan operasi akhir, serta metode yang dapat diandalkan untuk pengendalian kualitas produk. Dengan kondisi tersebut, peran pekerja elektroplating yang terampil meningkat tajam.

Tujuan utama dari situs ini adalah untuk membantu siswa sekolah teknik dalam menguasai profesi pekerja elektroplating yang mengetahui proses teknologi modern yang digunakan di toko elektroplating canggih.

Pelapisan kromium elektrolit adalah cara yang efektif untuk meningkatkan ketahanan aus bagian yang digosok, melindunginya dari korosi, serta metode penyelesaian pelindung dan dekoratif. Penghematan yang signifikan disediakan oleh pelapisan krom saat memulihkan bagian yang aus. Proses pelapisan kromium banyak digunakan dalam perekonomian nasional. Sejumlah organisasi penelitian, institut, universitas, dan perusahaan pembuat mesin sedang mengerjakan peningkatannya. Elektrolit yang lebih efisien dan mode pelapisan krom sedang muncul, metode sedang dikembangkan untuk meningkatkan sifat mekanik bagian krom, sebagai akibatnya cakupan pelapisan krom meluas. Pengetahuan tentang dasar-dasar teknologi pelapisan krom modern berkontribusi pada pemenuhan instruksi dokumentasi normatif dan teknis dan partisipasi kreatif dari berbagai praktisi dalam pengembangan pelapisan krom lebih lanjut.

Situs mengembangkan masalah pengaruh pelapisan krom pada kekuatan bagian, memperluas penggunaan elektrolit yang efisien dan proses teknologi, memperkenalkan bagian baru tentang metode untuk meningkatkan efisiensi pelapisan krom. Bagian utama telah didesain ulang dengan mempertimbangkan kemajuan nporpecsivnyh dalam teknologi pelapisan krom. Instruksi teknologi dan desain perlengkapan suspensi yang diberikan adalah teladan, membimbing pembaca dalam hal memilih kondisi pelapisan krom dan dalam prinsip-prinsip merancang perlengkapan suspensi.

Perkembangan terus menerus dari semua cabang teknik mesin dan pembuatan instrumen telah menyebabkan perluasan yang signifikan dari bidang penerapan pelapisan elektrolit dan kimia.

Dengan pengendapan kimia logam, dalam kombinasi dengan pelapis logam galvanik dibuat pada berbagai dielektrik: plastik, keramik, ferit, kaca-keramik, dan bahan lainnya. Pembuatan suku cadang dari bahan-bahan ini dengan permukaan logam memastikan pengenalan desain baru dan solusi teknis, peningkatan kualitas produk dan produksi peralatan, mesin, dan barang konsumsi yang lebih murah.

Suku cadang yang terbuat dari plastik dengan pelapis logam banyak digunakan dalam industri otomotif, industri teknik radio dan sektor ekonomi nasional lainnya. Proses metalisasi bahan polimer menjadi sangat penting dalam produksi papan sirkuit tercetak, yang merupakan dasar dari perangkat elektronik modern dan produk teknik radio.

Brosur memberikan informasi yang diperlukan tentang proses metalisasi kimia-elektrolitik dielektrik, keteraturan utama deposisi kimia logam diberikan. Fitur pelapis elektrolitik selama metalisasi plastik ditunjukkan. Perhatian besar diberikan pada teknologi produksi papan sirkuit tercetak, serta metode untuk menganalisis solusi yang digunakan dalam proses metalisasi, serta metode untuk persiapan dan koreksinya.

Dengan cara yang dapat diakses dan menghibur, situs ini memperkenalkan sifat fisik dalam hal fitur radiasi pengion dan radioaktivitas, efek berbagai dosis radiasi pada organisme hidup, metode perlindungan dan pencegahan bahaya radiasi, kemungkinan penggunaan isotop radioaktif untuk mengenali dan mengobati penyakit manusia.

Untuk operasi yang aman dengan bahan fisil berbahaya nuklir, parameter peralatan harus kurang dari kritis. Sebagai parameter pengaturan untuk keselamatan nuklir, berikut ini digunakan: jumlah, konsentrasi dan volume bahan fisil berbahaya nuklir; diameter peralatan yang berbentuk silinder; ketebalan lapisan datar untuk peralatan berbentuk pelat. Parameter normatif ditetapkan berdasarkan parameter yang diizinkan, yang lebih kecil dari parameter kritis dan tidak boleh dilampaui selama pengoperasian peralatan. Pada saat yang sama, perlu bahwa karakteristik yang mempengaruhi parameter kritis berada dalam batas yang ditentukan secara ketat. Parameter valid berikut ini digunakan: jumlah penambahan M , penambahan volume V , penambahan diameter D , ketebalan lapisan t penambahan .

Menggunakan ketergantungan parameter kritis pada konsentrasi nuklida fisil berbahaya nuklir, nilai parameter kritis ditentukan, di bawahnya, pada konsentrasi apa pun, SCRD tidak mungkin. Misalnya, untuk larutan garam plutonium dan uranium yang diperkaya, massa kritis, volume, diameter silinder tak hingga, ketebalan lapisan datar tak hingga memiliki minimum di daerah perlambatan optimal. Untuk campuran uranium yang diperkaya logam dengan air, massa kritis, seperti untuk larutan, memiliki minimum yang jelas di daerah deselerasi optimal, dan volume kritis, diameter silinder tak terbatas, dan ketebalan lapisan datar tak terbatas pada tinggi pengayaan (>35%) memiliki nilai minimum tanpa adanya moderator (r n /r 5 =0); untuk pengayaan di bawah 35%, parameter kritis campuran memiliki minimum pada perlambatan optimal. Jelas, parameter yang ditetapkan berdasarkan parameter kritis minimum memastikan keamanan di seluruh rentang konsentrasi. Parameter ini disebut aman, mereka kurang dari parameter kritis minimum. Parameter aman berikut digunakan: kuantitas, konsentrasi, volume, diameter, ketebalan lapisan.

Saat memastikan keamanan nuklir sistem, konsentrasi nuklida fisil (kadang-kadang jumlah moderator) harus dibatasi oleh parameter yang diizinkan, sementara pada saat yang sama, saat menggunakan parameter aman, tidak ada batasan yang dikenakan pada konsentrasi ( atau pada jumlah moderator).

2 MASSA KRITIS

Apakah reaksi berantai akan berkembang atau tidak tergantung pada hasil kompetisi dari empat proses:

(1) Ejeksi neutron dari uranium,

(2) penangkapan neutron oleh uranium tanpa fisi,

(3) penangkapan neutron oleh pengotor.

(4) penangkapan neutron oleh uranium dengan fisi.

Jika kehilangan neutron pada tiga proses pertama lebih kecil dari jumlah neutron yang dilepaskan pada proses keempat, maka terjadi reaksi berantai; jika tidak, itu tidak mungkin. Jelas, jika dari tiga proses pertama sangat mungkin terjadi, maka kelebihan neutron yang dilepaskan selama fisi tidak akan dapat memastikan kelanjutan reaksi. Misalnya, dalam kasus ketika probabilitas proses (2) (ditangkap oleh uranium tanpa fisi) jauh lebih besar daripada kemungkinan ditangkap dengan fisi, reaksi berantai tidak mungkin terjadi. Kesulitan tambahan diperkenalkan oleh isotop uranium alam: ia terdiri dari tiga isotop: 234U, 235U, dan 238U, yang kontribusinya masing-masing 0,006, 0,7, dan 99,3%. Adalah penting bahwa probabilitas proses (2) dan (4) berbeda untuk isotop yang berbeda dan bergantung secara berbeda pada energi neutron.

Untuk menilai persaingan berbagai proses dari sudut pandang pengembangan proses rantai fisi nuklir dalam suatu zat, konsep "massa kritis" diperkenalkan.

Massa kritis adalah massa minimum bahan fisil yang menjamin aliran reaksi fisi nuklir mandiri. Massa kritis semakin kecil, semakin pendek waktu paruh fisi dan semakin tinggi pengayaan elemen kerja dengan isotop fisil.

Massa kritis - jumlah minimum bahan fisil yang diperlukan untuk memulai reaksi berantai fisi yang mandiri. Faktor perkalian neutron dalam jumlah materi seperti itu sama dengan satu.

Massa kritis adalah massa bahan fisil reaktor, yang berada dalam keadaan kritis.

Dimensi kritis dari reaktor nuklir- dimensi terkecil dari teras reaktor, di mana reaksi fisi bahan bakar nuklir mandiri masih dapat dilakukan. Biasanya di bawah ukuran kritis mengambil volume kritis dari zona aktif.

Volume kritis reaktor nuklir- volume teras reaktor dalam keadaan kritis.

Jumlah relatif neutron yang dipancarkan dari uranium dapat dikurangi dengan mengubah ukuran dan bentuk. Dalam bola, efek permukaan sebanding dengan kuadrat, dan efek volume sebanding dengan pangkat tiga jari-jari. Keluarnya neutron dari uranium adalah efek permukaan, tergantung pada ukuran permukaan; penangkapan dengan fisi terjadi di seluruh volume yang ditempati oleh materi, dan karena itu adalah

efek volumetrik. Semakin besar jumlah uranium, semakin kecil kemungkinan bahwa emisi neutron dari volume uranium akan menang atas penangkapan dengan fisi dan mencegah reaksi berantai. Hilangnya neutron untuk penangkapan non-fisi adalah efek massal, mirip dengan pelepasan neutron dalam penangkapan fisi, sehingga peningkatan ukuran tidak mengubah kepentingan relatifnya.

Dimensi kritis perangkat yang mengandung uranium dapat didefinisikan sebagai dimensi di mana jumlah neutron yang dilepaskan selama fisi sama persis dengan kehilangannya karena emisi dan penangkapan yang tidak disertai dengan fisi. Dengan kata lain, jika dimensinya kurang dari kritis, maka, menurut definisi, reaksi berantai tidak dapat berkembang.

Hanya isotop ganjil yang dapat membentuk massa kritis. Hanya 235 U yang ditemukan di alam, dan 239 Pu dan 233 U buatan, mereka terbentuk dalam reaktor nuklir (sebagai hasil penangkapan neutron oleh inti 238 U

dan 232 Th diikuti oleh dua peluruhan berikutnya).

PADA dalam uranium alami, reaksi berantai fisi tidak dapat berkembang dengan sejumlah uranium, namun, dalam isotop seperti: Proses rantai 235 U dan 239 Pu dicapai dengan relatif mudah. Dengan adanya moderator neutron, reaksi berantai juga terjadi pada uranium alam.

Kondisi yang diperlukan untuk pelaksanaan reaksi berantai adalah adanya bahan fisil dalam jumlah yang cukup besar, karena dalam sampel kecil, sebagian besar neutron terbang melalui sampel tanpa menabrak nukleus apa pun. Reaksi berantai dari ledakan nuklir terjadi ketika:

bahan fisil dari beberapa massa kritis.

Biarkan ada sepotong materi yang mampu membelah, misalnya, 235 U, di mana neutron masuk. Neutron ini akan menyebabkan fisi, atau akan diserap secara tidak berguna oleh zat, atau, setelah berdifusi, akan keluar melalui permukaan luar. Adalah penting apa yang akan terjadi pada tahap selanjutnya - apakah jumlah rata-rata neutron akan berkurang atau berkurang, mis. melemahkan atau mengembangkan reaksi berantai, yaitu apakah sistem akan berada dalam keadaan subkritis atau superkritis (eksplosif). Karena emisi neutron dikendalikan oleh ukuran (untuk bola, oleh jari-jari), konsep ukuran kritis (dan massa) muncul. Agar ledakan berkembang, ukurannya harus lebih besar dari yang kritis.

Ukuran kritis sistem fisil dapat diperkirakan jika panjang jalur neutron dalam bahan fisil diketahui.

Neutron, terbang melalui substansi, kadang-kadang bertabrakan dengan nukleus, tampaknya melihat penampangnya. Ukuran penampang inti =10-24 cm2 (lumbung). Jika N adalah jumlah inti dalam sentimeter kubik, maka kombinasi L = 1/N memberikan jalur neutron rata-rata sehubungan dengan reaksi nuklir. Panjang jalur neutron adalah satu-satunya nilai dimensi yang dapat berfungsi sebagai titik awal untuk mengevaluasi ukuran kritis. Dalam teori fisika apa pun, metode kesamaan digunakan, yang, pada gilirannya, dibangun dari kombinasi tak berdimensi dari besaran dimensional, karakteristik sistem dan materi. Jadi tak berdimensi

bilangan adalah perbandingan jari-jari suatu bahan fisil dengan panjang lintasan neutron di dalamnya. Jika kita mengasumsikan bahwa bilangan tak berdimensi adalah orde kesatuan, dan panjang lintasan pada nilai tipikal N = 1023, L = 10 cm

(untuk = 1) (biasanya biasanya jauh lebih tinggi dari 1, sehingga massa kritis lebih kecil dari perkiraan kami). Massa kritis tergantung pada penampang reaksi fisi nuklida tertentu. Jadi, untuk membuat bom atom, diperlukan sekitar 3 kg plutonium atau 8 kg 235 U (dengan skema implosif dan dalam kasus murni 235 U) dengan massa seperti itu kira-kira 8,5 cm, yang secara mengejutkan baik dalam sesuai dengan perkiraan kami

R \u003d L \u003d 10 cm).

Mari kita dapatkan formula yang lebih ketat untuk menghitung ukuran kritis dari sepotong bahan fisil.

Seperti diketahui, peluruhan inti uranium menghasilkan beberapa neutron bebas. Beberapa dari mereka meninggalkan sampel, dan beberapa diserap oleh inti lain, menyebabkan fisi mereka. Reaksi berantai terjadi jika jumlah neutron dalam sampel mulai bertambah seperti longsoran salju. Persamaan difusi neutron dapat digunakan untuk menentukan massa kritis:

	C	D C + C
	t

di mana C adalah konsentrasi neutron, >0 adalah konstanta laju reaksi perkalian neutron (mirip dengan konstanta peluruhan radioaktif yang memiliki dimensi 1/detik, D adalah koefisien difusi neutron,

Misalkan sampel berbentuk bola dengan jari-jari R. Kemudian kita perlu mencari solusi untuk persamaan (1) yang memenuhi syarat batas: C (R,t )=0.

Mari kita buat perubahannya C = e t , maka

C

∂ν

v = D

+ e

t

t

Kami telah memperoleh persamaan klasik konduksi panas:

∂ν

D v

t

Penyelesaian persamaan ini sudah diketahui

2 n 2

(r, t)=

dosa n re

2 n

β −

C(r, t) =

dosa n re

r n = 1

Reaksi berantai akan berlangsung dalam kondisi (yaitu,

C(r, t)

t →∞ → ) bahwa untuk paling sedikit satu n koefisien di

eksponennya positif.

Jika 2 n 2 D > 0,

maka > 2 n 2 D dan jari-jari kritis bola:

R = n

jika

R , maka untuk setiap n tidak akan ada eksponen yang tumbuh

jika

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

Kami membatasi diri untuk anggota pertama dari seri, n = 1:

R =

Massa kritis:

M = V =

Nilai minimum jari-jari bola tempat terjadinya reaksi berantai disebut

radius kritis , dan massa bola yang bersesuaian adalah massa kritis.

Mengganti nilai untuk R , kita mendapatkan rumus untuk menghitung massa kritis:

M cr = 4 4 D 2 (9) 3

Nilai massa kritis tergantung pada bentuk sampel, faktor perkalian neutron dan koefisien difusi neutron. Penentuannya adalah masalah eksperimental yang kompleks, oleh karena itu rumus yang dihasilkan digunakan untuk menentukan koefisien yang ditunjukkan, dan perhitungan yang dilakukan adalah bukti keberadaan massa kritis.

Peran ukuran sampel jelas: dengan penurunan ukuran, persentase neutron yang dipancarkan melalui permukaannya meningkat, sehingga pada ukuran sampel kecil (di bawah kritis!), reaksi berantai menjadi tidak mungkin bahkan dengan rasio yang menguntungkan antara proses penyerapan dan produksi neutron.

Untuk uranium yang sangat diperkaya, massa kritisnya sekitar 52 kg, untuk plutonium tingkat senjata, 11 kg. Dokumen peraturan tentang perlindungan bahan nuklir dari pencurian menunjukkan massa kritis: 5 kg 235 U atau 2 kg plutonium (untuk skema ledakan bom atom). Untuk skema meriam, massa kritis jauh lebih besar. Atas dasar nilai-nilai tersebut, maka dibangunlah intensitas perlindungan bahan fisil dari serangan teroris.

Komentar. Massa kritis sistem logam uranium yang diperkaya 93,5% (93,5% 235 U; 6,5% 238 U) adalah 52 kg tanpa reflektor dan 8,9 kg ketika sistem dikelilingi oleh reflektor neutron berilium oksida. Massa kritis larutan uranium dalam air kira-kira 5 kg.

Nilai massa kritis tergantung pada sifat-sifat zat (seperti fisi dan penampang penangkap radiasi), pada densitas, jumlah pengotor, bentuk produk, dan juga pada lingkungan. Misalnya, keberadaan reflektor neutron dapat sangat mengurangi massa kritis. Untuk bahan fisil tertentu, jumlah bahan yang membentuk massa kritis dapat bervariasi pada rentang yang luas dan tergantung pada kerapatan, karakteristik (jenis dan ketebalan bahan) reflektor, dan sifat serta persentase pengencer inert (seperti oksigen dalam uranium oksida, 238 U dalam pengayaan sebagian 235 U atau pengotor kimia).

Untuk tujuan perbandingan, berikut adalah massa kritis bola tanpa reflektor untuk beberapa jenis bahan dengan kepadatan standar tertentu.

Sebagai perbandingan, kami memberikan contoh massa kritis berikut: 10 kg 239 Pu, logam dalam fase alfa

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

pada densitas dalam bentuk kristal 11 g/cm3; 35 kg PuO2 (94% 239 Pu) pada densitas dalam kristal

dalam bentuk 11,4 g/cm3. Solusi garam nuklida fisil murni dalam air dengan reflektor neutron air memiliki massa kritis terendah. Untuk 235 U massa kritisnya adalah 0,8 kg, untuk 239 Pu adalah 0,5 kg, untuk 251 Cf adalah

Massa kritis M terkait dengan panjang kritis l: M l x , di mana x tergantung pada bentuk sampel dan berkisar dari 2 hingga 3. Ketergantungan bentuk terkait dengan kebocoran neutron melalui permukaan: semakin besar permukaan, semakin besar massa kritisnya. Sampel dengan massa kritis minimum berbentuk bola. tab. 5. Perkiraan karakteristik utama dari isotop murni yang mampu melakukan fisi nuklir

								neutron
		Resi		kritis	Kepadatan	Suhu	Disipasi panas	spontan
			setengah hidup
		(sumber)			g/cm	titik leleh °C
			T 1/2					105 (kg s)
	231Pa
	232U	Reaktor menyala
		neutron
	233U
	235U	Alami	7,038×108 tahun
	236U		2.3416×107 tahun? kg
	237Np		2.14×107 tahun
	236Pu
	238Pu
	239Pu
	240Pu
	241Pu
	242Pu
	241 pagi
	242mAm
	243mAm
	243 pagi
	243 cm
	244cm
	245 cm
	246 cm
	247 cm		1.56×107 tahun
	248cm
	249Cf
	250Cf
	251Cf
	252Cf

Mari kita membahas lebih detail tentang parameter kritis isotop beberapa elemen. Mari kita mulai dengan uranium.

Seperti yang telah berulang kali disebutkan, 235 U (0,72% clarke) sangat penting, karena terbelah di bawah aksi neutron termal (σ f = 583 gudang), sambil melepaskan "energi termal setara" 2 × 107 kWh / k. Karena, selain peluruhan , 235 U juga membelah secara spontan (T 1/2 \u003d 3,5 × 1017 tahun), neutron selalu ada dalam massa uranium, yang berarti dimungkinkan untuk menciptakan kondisi untuk terjadinya reaksi berantai fisi mandiri. Untuk uranium logam dengan pengayaan 93,5%, massa kritis adalah: 51 kg tanpa reflektor; 8,9 kg dengan reflektor berilium oksida; 21,8 kg dengan penyekat air penuh. Parameter kritis dari campuran homogen uranium dan senyawanya diberikan dalam

Parameter kritis isotop plutonium: 239 Pu: M cr = 9,6 kg, 241 Pu: M cr = 6,2 kg, 238 Pu: M cr = dari 12 hingga 7,45 kg. Yang paling menarik adalah campuran isotop: 238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu. Pelepasan energi spesifik yang tinggi dari 238 Pu menyebabkan oksidasi logam di udara; oleh karena itu, kemungkinan besar digunakan dalam bentuk oksida. Setelah menerima 238 Pu, isotop yang menyertainya adalah 239 Pu. Rasio isotop ini dalam campuran menentukan nilai parameter kritis dan ketergantungannya pada perubahan konten moderator. Berbagai perkiraan massa kritis untuk bola logam kosong 238 Pu memberikan nilai dari 12 hingga 7,45 kg dibandingkan dengan massa kritis untuk 239 Pu sebesar 9,6 kg. Karena inti 239 Pu mengandung jumlah neutron yang ganjil, massa kritis akan berkurang ketika air ditambahkan ke sistem. Massa kritis 238 Pu meningkat dengan penambahan air. Untuk campuran isotop ini, efek bersih dari penambahan air tergantung pada rasio isotop. Ketika kandungan massa 239 Pu adalah 37% atau kurang, massa kritis campuran isotop 239 Pu dan 238 Pu tidak berkurang ketika air ditambahkan ke sistem. Dalam hal ini, jumlah yang diperbolehkan dari 239 Pu-238 Pu dioksida adalah 8 kg. Dengan orang lain

rasio 238 Pu dan 239 Pu dioksida, nilai minimum massa kritis bervariasi dari 500 g untuk 239 Pu murni hingga 24,6 kg untuk 238 Pu murni.

tab. Gambar 6. Ketergantungan massa kritis dan volume kritis uranium pada pengayaan 235 U.

Catatan. I - campuran homogen uranium logam dan air; II - campuran homogen uranium dioksida dan air; III - larutan uranil fluorida dalam air; IV - larutan uranil nitrat dalam air. * Data diperoleh dengan menggunakan interpolasi grafis.

Isotop lain dengan jumlah neutron ganjil adalah 241 Pu. Nilai minimum massa kritis untuk 241 Pu dicapai dalam larutan berair pada konsentrasi 30 g/l dan adalah 232 kg. Setelah menerima 241 Pu dari bahan bakar yang diiradiasi, selalu disertai dengan 240 Pu, yang tidak melebihi kandungannya. Dengan rasio nuklida yang sama dalam campuran isotop, massa kritis minimum 241 Pu melebihi massa kritis 239 Pu. Oleh karena itu, sehubungan dengan massa kritis minimum, isotop 241 Pu di

239 Pu dapat diganti dengan 239 Pu jika campuran isotop mengandung jumlah yang sama

241 Pu dan 240 Pu.

tab. 7. Parameter kritis minimum uranium dengan pengayaan 100% dalam 233 U.

Mari kita sekarang mempertimbangkan karakteristik kritis dari isotop amerisium. Kehadiran isotop 241 Am dan 243 Am dalam campuran meningkatkan massa kritis 242 m Am. Untuk larutan berair, ada rasio isotop di mana sistem selalu subkritis. Ketika kandungan massa 242 m Am dalam campuran 241 Am dan 242 m Am kurang dari 5%, sistem tetap subkritis hingga konsentrasi amerisium dalam larutan dan campuran mekanis dioksida dengan air sama dengan 2500 g/l. 243 Am dicampur dengan 242m Am juga meningkat

massa kritis campuran, tetapi pada tingkat yang lebih rendah, karena penampang penangkapan neutron termal untuk 243 Am adalah urutan besarnya lebih rendah daripada untuk 241 Am

tab. 8. Parameter kritis plutonium homogen (239 Pu+240 Pu) rakitan bulat.

tab. 9. Ketergantungan massa kritis dan volume senyawa plutonium* pada komposisi isotop plutonium

* Nuklida utama adalah 94 239 Pu.

Catatan. I - campuran homogen plutonium logam dan air; II - campuran homogen plutonium dioksida dan air; III campuran homogen plutonium oksalat dan air; IV - larutan plutonium nitrat dalam air.

tab. Gambar 10. Ketergantungan massa kritis minimum 242 m Am pada kandungannya dalam campuran 242 m Am dan 241 Am (massa kritis dihitung untuk AmO2 + H2 O dalam geometri bola dengan reflektor air):

	Massa kritis 242 m Am, g

Dengan fraksi massa kecil 245 Cm, ​​perlu diperhitungkan bahwa 244 Cm juga memiliki massa kritis hingga dalam sistem tanpa moderator. Isotop curium lain dengan jumlah neutron ganjil memiliki massa kritis minimum beberapa kali lebih besar dari 245 Cm. Dalam campuran CmO2 + H2O, isotop 243 Cm memiliki massa kritis minimum sekitar 108 g, dan 247 Cm - sekitar 1170 g.

massa kritis, kita dapat mengasumsikan bahwa 1 g 245 Cm setara dengan 3 g 243 Cm atau 30 g 247 Cm. Massa kritis minimum 245 Cm,g, tergantung pada kandungan 245 Cm dalam campuran isotop 244 Cm dan 245 Cm untuk mО2 +

H2O dijelaskan dengan cukup baik oleh rumus

	Mcr = 35,5 +
		+ 0,003

di mana adalah fraksi massa 245 Cm dalam campuran isotop kurium.

Massa kritis tergantung pada penampang reaksi fisi. Saat membuat senjata, segala macam trik dapat mengurangi massa kritis yang diperlukan untuk ledakan. Jadi, untuk membuat bom atom, diperlukan 8 kg uranium-235 (dengan skema ledakan dan dalam kasus uranium-235 murni; saat menggunakan 90% uranium-235 dan dengan skema batang bom atom, setidaknya 45 kg uranium tingkat senjata diperlukan). Massa kritis dapat dikurangi secara signifikan dengan mengelilingi sampel bahan fisil dengan lapisan bahan yang memantulkan neutron, seperti berilium atau uranium alam. Reflektor mengembalikan sebagian besar neutron yang dipancarkan melalui permukaan sampel. Misalnya, jika Anda menggunakan reflektor setebal 5 cm, terbuat dari bahan seperti uranium, besi, grafit, massa kritis akan menjadi setengah massa kritis "bola telanjang". Reflektor yang lebih tebal mengurangi massa kritis. Berilium sangat efektif, memberikan massa kritis 1/3 dari massa kritis standar. Sistem neutron termal memiliki volume kritis terbesar dan massa kritis terkecil.

Peran penting dimainkan oleh tingkat pengayaan dalam nuklida fisil. Uranium alam yang mengandung 0,7% 235 U tidak dapat digunakan untuk pembuatan senjata atom, karena sisa uranium (238 U) secara intensif menyerap neutron, mencegah proses rantai berkembang. Oleh karena itu, isotop uranium harus dipisahkan, yang merupakan tugas yang kompleks dan memakan waktu. Pemisahan harus dilakukan hingga derajat pengayaan dalam 235 U di atas 95%. Sepanjang jalan, perlu untuk menyingkirkan pengotor elemen dengan penampang tangkapan neutron yang tinggi.

Komentar. Dalam persiapan uranium tingkat senjata, mereka tidak hanya menghilangkan kotoran yang tidak perlu, tetapi juga menggantinya dengan kotoran lain yang berkontribusi pada proses rantai, misalnya, mereka memperkenalkan elemen - pemulia neutron.

Tingkat pengayaan uranium berpengaruh signifikan terhadap nilai massa kritis. Misalnya, massa kritis uranium yang diperkaya dengan 235 U 50% adalah 160 kg (3 kali massa uranium 94%), dan massa kritis uranium 20% adalah 800 kg (yaitu, ~15 kali lebih besar dari massa 94% uranium). Koefisien ketergantungan serupa pada tingkat pengayaan berlaku untuk uranium oksida.

Massa kritis berbanding terbalik dengan kuadrat kerapatan material, M hingga ~1/ρ 2 , . Jadi, massa kritis plutonium logam dalam fase delta (densitas 15,6 g/cm3) adalah 16 kg. Keadaan ini diperhitungkan saat merancang bom atom kompak. Karena probabilitas penangkapan neutron sebanding dengan konsentrasi inti, peningkatan kerapatan sampel, misalnya, sebagai akibat dari kompresinya, dapat menyebabkan munculnya keadaan kritis dalam sampel. Dalam perangkat peledak nuklir, massa bahan fisil yang berada dalam keadaan subkritis yang aman dipindahkan ke keadaan superkritis yang eksplosif menggunakan ledakan terarah yang menyebabkan muatan pada tingkat kompresi yang tinggi.

Tunjangan untuk warga "Awas! Radiasi"

pembelahan atom

Fisi inti atom adalah spontan, atau di bawah aksi neutron, membelah inti atom menjadi 2 bagian yang kira-kira sama, menjadi dua "fragmen".

Fragmen adalah dua isotop radioaktif unsur di bagian tengah tabel D. I. Mendeleev, dari kira-kira tembaga hingga bagian tengah unsur lantanida (samarium, europium).

Selama fisi, 2-3 neutron ekstra dipancarkan dan kelebihan energi dilepaskan dalam bentuk kuanta gamma, jauh lebih banyak daripada selama peluruhan radioaktif. Jika satu aksi peluruhan radioaktif biasanya menghasilkan satu kuanta gamma, maka untuk 1 aksi fisi ada 8x10 kuanta gamma! Selain itu, pecahan terbang memiliki energi kinetik (kecepatan) yang besar, yang berubah menjadi panas.

Neutron yang dipancarkan dapat menyebabkan pembelahan dua atau tiga inti serupa jika mereka berada di dekatnya dan jika neutron mengenai mereka.

Dengan demikian, menjadi mungkin untuk menerapkan percabangan, mempercepat reaksi berantai dari pembelahan inti atom dengan pelepasan sejumlah besar energi.

Jika reaksi berantai tetap terkendali, perkembangannya terkendali, tidak diperbolehkan untuk mempercepat dan energi yang dilepaskan (panas) terus-menerus dihilangkan, maka energi ini ("energi atom") dapat digunakan baik untuk pemanasan atau untuk menghasilkan listrik . Ini dilakukan di reaktor nuklir, di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Jika reaksi berantai dibiarkan berkembang tak terkendali, maka ledakan atom (nuklir) akan terjadi. Itu sudah menjadi senjata nuklir.

Di alam, hanya ada satu unsur kimia - uranium, yang hanya memiliki satu isotop fisil - uranium-235. Ini uranium tingkat senjata. Dan isotop dalam uranium alam ini adalah 0,7%, yaitu hanya 7 kg per ton! Sisanya 99,3% (993 kg per ton) adalah isotop non-fisil - uranium-238. Namun, ada isotop lain - uranium-234, tetapi hanya 0,006% (60 gram per ton).

Tetapi dalam reaktor nuklir uranium biasa, dari uranium-238 non-fisil ("non-senjata"), di bawah aksi neutron (aktivasi neutron!) elemen plutonium yang terjadi secara alami. Dalam hal ini, isotop fisil plutonium segera terbentuk - plutonium-239. Ini plutonium tingkat senjata.

Fisi inti atom adalah esensi, dasar senjata atom dan energi atom.

Massa kritis adalah jumlah isotop senjata di mana neutron yang dilepaskan selama fisi spontan inti tidak terbang keluar, tetapi jatuh ke inti tetangga dan menyebabkan fisi buatan mereka.

Massa kritis uranium-235 logam adalah 52 kg. Ini adalah bola dengan diameter 18 cm.

Massa kritis plutonium-239 logam adalah 11 kg (dan menurut beberapa publikasi - 9 atau bahkan 6 kg). Ini adalah bola dengan diameter sekitar 9-10 cm.

Jadi, sekarang umat manusia memiliki dua isotop fisil tingkat senjata: uranium-235 dan plutonium-239. Satu-satunya perbedaan di antara mereka adalah, pertama, uranium lebih cocok untuk digunakan dalam energi nuklir: memungkinkan Anda untuk mengontrol reaksi berantainya, dan kedua, kurang efektif untuk reaksi berantai yang tidak terkendali - ledakan atom: ia memiliki lebih rendah mempercepat fisi nuklir spontan dan massa yang lebih kritis. Dan plutonium tingkat senjata, sebaliknya, lebih cocok untuk senjata nuklir: ia memiliki tingkat fisi nuklir spontan yang tinggi dan massa kritis yang jauh lebih rendah. Plutonium-239 tidak memungkinkan kontrol yang andal terhadap reaksi berantainya dan oleh karena itu belum menemukan aplikasi luas dalam rekayasa tenaga nuklir, dalam reaktor nuklir.

Itulah sebabnya semua masalah dengan uranium tingkat senjata diselesaikan dalam hitungan tahun, dan upaya untuk menggunakan plutonium dalam tenaga nuklir berlanjut hingga hari ini - selama lebih dari 60 tahun.

Jadi, dua tahun setelah penemuan fisi uranium, reaktor nuklir uranium pertama di dunia diluncurkan (Desember 1942, Enrico Fermi, AS), dan dua setengah tahun kemudian (tahun 1945) Amerika meledakkan bom uranium pertama.

Dan dengan plutonium... Bom plutonium pertama diledakkan pada tahun 1945, yaitu, kira-kira empat tahun setelah penemuannya sebagai unsur kimia dan penemuan fisi. Selain itu, untuk itu perlu terlebih dahulu membangun reaktor nuklir uranium, memproduksi plutonium dalam reaktor ini dari uranium-238, kemudian memisahkannya dari uranium yang diiradiasi, mempelajari sifat-sifatnya dengan baik, dan membuat bom. Dikembangkan, diisolasi, diproduksi. Tetapi pembicaraan tentang kemungkinan menggunakan plutonium sebagai bahan bakar nuklir dalam reaktor nuklir plutonium tetap menjadi pembicaraan, dan tetap demikian selama lebih dari 60 tahun.

Proses fisi dapat dicirikan oleh "setengah periode".

Untuk pertama kalinya, periode waktu paruh diperkirakan oleh K. A. Petrzhak dan G. I. Flerov pada tahun 1940.

Untuk uranium dan plutonium, ukurannya sangat besar. Jadi, menurut berbagai perkiraan, uranium-235 memiliki waktu paruh sekitar 10 ^ 17 (atau 10 ^ 18 tahun (Physical Encyclopedic Dictionary); menurut sumber lain - 1,8 10 ^ 17 tahun. Dan untuk plutonium-239 (menurut sumber lain) ke kamus yang sama) secara signifikan lebih sedikit - sekitar 10 ^ 15,5 tahun; menurut sumber lain - 4 10 ^ 15 tahun.

Sebagai perbandingan, ingat waktu paruh (T 1/2). Jadi untuk U-235 "hanya" 7,038 10 ^ 8 tahun, dan untuk Pu-239 bahkan kurang - 2,4 10 ^ 4 tahun

Secara umum, inti dari banyak atom berat dapat membelah, dimulai dengan uranium. Tetapi kita berbicara tentang dua yang utama, yang sangat penting secara praktis selama lebih dari 60 tahun. Lainnya lebih merupakan kepentingan ilmiah murni.

Dari mana radionuklida berasal?

Radionuklida diperoleh dari tiga sumber (tiga cara).

Sumber pertama adalah alam. Ini radionuklida alami, yang telah bertahan, bertahan hingga zaman kita sejak saat pembentukannya (mungkin, sejak pembentukan tata surya atau Semesta), karena mereka memiliki waktu paruh yang panjang, yang berarti bahwa masa hidupnya panjang. Secara alami, jumlahnya jauh lebih sedikit daripada di awal. Mereka diekstraksi dari bahan baku alami.

Sumber kedua dan ketiga adalah buatan.

Radionuklida buatan dibentuk dengan dua cara.

Pertama - radionuklida fragmentasi, yang terbentuk sebagai hasil dari pembelahan inti atom. Ini adalah "fragmen fisi". Secara alami, kebanyakan dari mereka dibentuk dalam reaktor nuklir untuk berbagai tujuan, di mana reaksi berantai terkontrol dilakukan, serta dalam pengujian senjata nuklir (reaksi berantai tidak terkendali). Mereka ditemukan dalam uranium iradiasi yang diekstraksi dari reaktor militer (dari "reaktor industri"), dan dalam jumlah besar dalam bahan bakar nuklir bekas (SNF) yang diekstraksi dari reaktor daya pembangkit listrik tenaga nuklir.

Sebelumnya, mereka masuk ke lingkungan alam selama uji coba nuklir dan pemrosesan uranium yang diiradiasi. Sekarang mereka terus mendapatkan selama pemrosesan (regenerasi) bahan bakar nuklir bekas, serta selama kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir, di reaktor. Jika perlu, mereka diekstraksi dari uranium yang diiradiasi, dan sekarang dari bahan bakar nuklir bekas.

Yang kedua adalah radionuklida asal aktivasi. Mereka terbentuk dari isotop stabil biasa sebagai hasil aktivasi, yaitu ketika partikel subatomik memasuki inti atom stabil, akibatnya atom stabil menjadi radioaktif. Dalam sebagian besar kasus, partikel proyektil semacam itu adalah neutron. Oleh karena itu, untuk mendapatkan radionuklida buatan biasanya digunakan metode aktivasi neutron. Ini terdiri dari fakta bahwa isotop stabil dari setiap unsur kimia dalam bentuk apa pun (logam, garam, senyawa kimia) ditempatkan di inti reaktor untuk waktu tertentu. Dan karena sejumlah besar neutron diproduksi di inti reaktor setiap detik, oleh karena itu, semua elemen kimia yang ada di dalam atau di dekatnya secara bertahap menjadi radioaktif. Unsur-unsur yang terlarut dalam air pendingin reaktor juga diaktifkan.

Metode membombardir isotop stabil dalam akselerator partikel elementer dengan proton, elektron, dll. kurang umum digunakan.

Radionuklida bersifat alami - berasal dari alam dan buatan - berasal dari fragmentasi dan aktivasi. Sejumlah kecil radionuklida asal fragmentasi selalu ada di lingkungan alam, karena mereka terbentuk sebagai hasil fisi spontan inti uranium-235. Tetapi jumlahnya sangat sedikit sehingga tidak mungkin untuk mendeteksinya dengan alat analisis modern.

Jumlah neutron dalam inti berbagai jenis reaktor sedemikian rupa sehingga sekitar 10^14 neutron terbang melalui setiap bagian 1cm^2 pada titik mana pun di dalam inti dalam 1 detik.

Pengukuran radiasi pengion. definisi

Tidak selalu nyaman dan bijaksana untuk mengkarakterisasi hanya sumber radiasi pengion (SIR) dan hanya aktivitasnya (jumlah peristiwa peluruhan). Dan intinya bukan hanya aktivitas yang dapat diukur, sebagai suatu peraturan, hanya dalam kondisi stasioner pada instalasi yang sangat kompleks. Hal utama adalah bahwa dalam satu tindakan peluruhan isotop yang berbeda, partikel dengan sifat yang berbeda dapat terbentuk, beberapa partikel dan kuanta gamma dapat terbentuk secara bersamaan. Dalam hal ini, energi, dan akibatnya, kemampuan pengion dari partikel yang berbeda akan berbeda. Oleh karena itu, indikator utama untuk mengkarakterisasi IRS adalah penilaian kemampuan pengionnya, yaitu (pada akhirnya) energi yang hilang ketika melewati suatu zat (medium) dan yang diserap oleh zat ini.

Saat mengukur radiasi pengion, konsep dosis digunakan, dan ketika menilai efeknya pada objek biologis, faktor koreksi digunakan. Sebut saja mereka, berikan sejumlah definisi.

Dosis, dosis serap (dari bahasa Yunani - fraksi, porsi) - energi radiasi pengion (II) yang diserap oleh zat yang disinari dan sering dihitung per satuan massanya (lihat "rad", "Abu-abu"). Artinya, dosis diukur dalam satuan energi yang dilepaskan dalam zat (diserap oleh zat) ketika radiasi pengion melewatinya.

Ada beberapa jenis dosis.

Dosis paparan(untuk sinar-x dan radiasi gamma) - ditentukan oleh ionisasi udara. Satuan ukuran dalam sistem SI adalah "coulomb per kg" (C/kg), yang sesuai dengan pembentukan sejumlah ion dalam 1 kg udara, yang muatan totalnya adalah 1 C (setiap tanda) . Satuan pengukuran non-sistemik adalah "roentgen" (lihat "C/kg" dan "roentgen").

Untuk menilai dampak AI pada manusia, kami menggunakan faktor koreksi.

Sampai saat ini, ketika menghitung "dosis ekivalen" digunakan "faktor kualitas radiasi "(K) - faktor koreksi yang memperhitungkan efek berbeda pada objek biologis (kemampuan berbeda untuk merusak jaringan tubuh) dari radiasi yang berbeda pada dosis serap yang sama. Mereka digunakan saat menghitung "dosis ekivalen". Sekarang koefisien ini ada di Standar Keamanan Radiasi (NRB-99 ) disebut sangat "ilmiah" - "Faktor penimbangan untuk masing-masing jenis radiasi saat menghitung dosis ekivalen (W Faktor risiko radiasi

Tingkat dosis- dosis yang diterima per unit waktu (dtk, jam).

Latar belakang- tingkat dosis paparan radiasi pengion di tempat tertentu.

latar belakang alami- tingkat dosis paparan radiasi pengion, yang diciptakan oleh semua sumber alami IR (lihat "Latar belakang radiasi").