- Фантастика и фэнтези
- Ироническое фэнтези
- Стимпанк
- Детективная фантастика
- Киберпанк
- Попаданцы
- LitRPG
- Космоопера
- Технофэнтези
- Городская фантастика
- Русское фэнтези
- Юмористическая фантастика
- Космическая фантастика
- Боевое фэнтези
- Эпическая фантастика
- Зарубежная фантастика
- Книги магов
- Мистика
- Разная фантастика
- Разное фэнтези
- Любовное фэнтези
- Романтическая фантастика
- Городское фентези
- Историческая фантастика
- Историческое фэнтези
- Социально-философская фантастика
- Сказочная фантастика
- Иностранное фэнтези
- Романтическое фэнтези
- Ироническая фантастика
- Ужасы и Мистика
- Постапокалипсис
- Героическая фантастика
- Фэнтези
- Научная Фантастика
- Социально-психологическая
- Альтернативная история
- Боевая фантастика
- Разная литература
- Пословицы, поговорки
- Шахматы
- Визуальные искусства
- Фанфик
- Авто и ПДД
- Военное
- Отраслевые издания
- Гиды, путеводители
- Зарубежная образовательная литература
- Военная история
- Цитаты из афоризмов
- Современная литература
- Великолепные истории
- Начинающие авторы
- Современная зарубежная литература
- Боевые искусства
- Изобразительное искусство, фотография
- Кино
- Литература 19 века
- Недвижимость
- Музыка, музыканты
- Готические новеллы
- Истории из жизни
- Культура и искусство
- Спецслужбы
- Зарубежная прикладная литература
- Музыка, танцы
- Подростковая литература
- Прочее
- Военная техника, оружие
- Газеты и журналы
- Периодические издания
- Домоводство, Дом и семья
- Любовные романы
- Экономическая литература
- Научные и научно-популярные книги
- О животных
- Биохимия
- Культурология
- Юриспруденция
- Политика
- Психотерапия
- Языкознание
- Научпоп
- Медицина
- Психология, личное
- Радиотехника
- Филология
- Педагогика
- Образовательная литература
- Деловая литература
- Физика
- Науки: разное
- Химия
- Воспитание детей, педагогика
- Детская психология
- Зарубежная публицистика
- Биология
- Архитектура
- Зарубежная психология
- Науки о космосе
- Социология
- Математика
- География
- Беременность, ожидание детей
- Литературоведение
- Транспорт, военная техника
- Обществознание
- Зоология
- География
- Альтернативная медицина
- Иностранные языки
- Ветеринария
- Рефераты
- Астрология
- Биофизика
- Экология
- История Европы
- Учебники
- Шпаргалки
- Государство и право
- Ботаника
- Религиоведение
- История
- Техническая литература
- Прочая научная литература
- Психология
- Детективы и Триллеры
- Справочная литература
- Проза
- Новелла
- Юмор
- Проза
- Историческая проза
- Русская современная проза
- Советская классическая проза
- Повести
- Очерки
- Эссе
- Рассказы
- Зарубежная современная проза
- Сентиментальная проза
- Зарубежная классика
- Афоризмы
- Эпистолярная проза
- Феерия
- Семейный роман/Семейная сага
- Разное
- Антисоветская литература
- Магический реализм
- Русская классическая проза
- Современная проза
- О войне
- Контркультура
- Классическая проза
- Поэзия, Драматургия
- Детская литература
- Детская фантастика
- Детские остросюжетные
- Детские стихи
- Детские приключения
- Внеклассное чтение
- Учебная литература
- Зарубежные детские книги
- Бизнес
- Загадки
- Книги для подростков
- Школьные учебники
- Детский фольклор
- Книги для дошкольников
- Детские детективы
- Детская познавательная и развивающая литература
- Буквари
- Прочая детская литература
- Сказка
- Детская проза
- Детская образовательная литература
- Юмор
- Документальные книги
- Бизнес
- Внешнеэкономическая деятельность
- Тайм-менеджмент
- Кадровый менеджмент
- О бизнесе популярно
- Управление, подбор персонала
- Бизнес
- Менеджмент и кадры
- Продажи
- Экономика
- Ценные бумаги и инвестиции
- Малый бизнес
- Делопроизводство, офис
- Корпоративная культура, бизнес
- Банковское дело
- Финансы
- Зарубежная деловая литература
- Ораторское искусство / риторика
- Личные финансы
- Интернет-бизнес
- Поиск работы
- Государственное и муниципальное управление
- Бухучет и аудит
- Работа с клиентами
- Менеджмент
- Краткое содержание
- Личная эффективность
- Переговоры
- Приключения
- Старинная литература
- Религия и духовность
- Компьютеры и Интернет
- Блог
Читаем без скачивания В делении сила. Ферми. Ядерная энергия. - Antonio Hernandez-Fernandez
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Японская атака на Перл-Харбор 7 декабря 1941 года подтолкнула США к вступлению в войну против группы союзников — Японии, Германии и Италии. Разработка атомной бомбы пошла быстрее. Исследования развивались по линии и плутония-239, и урана-235, при этом учитывалась возможность продолжения конструирования ядерных реакторов: согласно данным британской разведки, немецкие ученые испытывали к ним особый интерес.
Любопытно, что за день до атаки на Перл-Харбор Вэнивер Буш, уже будучи директором Управления научных исследований и развития, распределил обязанности по изучению ядерного потенциала следующим образом.
ОБОГАЩЕНИЕ УРАНАДля создания бомбы необходимо было иметь достаточное количество плутония или урана-235. Эрнест Лоуренс использовал электромагнитный метод обогащения урана, разработанный Фрэнсисом Астоном в 1919 году. Метод состоял в том, чтобы создать пучок частиц с ураном в газообразном состоянии. Частицы ускорялись при помощи электрического поля, а потом входили в область воздействия магнитного поля, искривляющего ось так, что оси каждого изотопа урана разделялись и разделялся сам уран-235.
РИС. 1
Разряд калютрона α-1.
Лоуренс разобрал часть своего циклотрона, чтобы сконструировать аппарат, который он назвал калютроном — от слов «Калифорния» и «циклотрон» (рисунок 1). Метод газовой диффузии (рисунок 2), разработанный Гарольдом Юри и Джоном Даннингом в Колумбийском университете, был основан на том, что молекулы в газовых соединениях урана (например, гексафторид урана, UF6), проходя через тончайшие фильтры, делают это с разной скоростью в зависимости от атомной массы изотопа. Уран-235, более легкий по сравнению с ураном-238 и другими изотопами, проходит быстрее, и его можно отделить с помощью центрифугирования.
РИС . 2
Лоуренс в Калифорнийском университете должен был руководить исследованиями по обогащению урана электромагнитными методами в циклотроне; Гарольд Юри в Колумбийском университете был ответственным за улучшение процессов обогащения по газодиффузионной технологии; Эгер Мерфри, директор по исследованиям компании Standard Oil, должен был заниматься в Нью-Джерси промышленным обогащением урана путем центрифугирования; наконец, на Артура Комптона в Чикаго было возложено руководство исследованиями в области теоретической физики, а также проектированием и созданием бомбы. Параметр спонтанной делимости — это вероятность спонтанного деления атома за единицу времени без какого-либо внешнего воздействия. Параметр делимости плутония-239 очень высок по сравнению с ураном-235, поэтому с плутонием-239 проще получить сверхкритическую систему, чем с ураном-235. Однако плутоний был получен искусственно, и необходимая технология его производства была развита недостаточно, поэтому власти США считали, что проще идти по пути обогащения урана.
Сначала ни плутоний, ни работы Ферми не были в числе приоритетов американского правительства. К счастью, ученый нашел в Комптоне искреннего сторонника; дружба с семьей Юри, которая приняла Ферми в Колумбийском университете и ввела его с женой в местное общество, а также контакты с группой Лоуренса помогли ученому собрать воедино кусочки атомной мозаики. В Колумбийском университете Ферми поставил источник нейтронов радия и бериллия в диффузорное устройство, содержащее графит, оксид урана и другие материалы, такие как сталь, чтобы наблюдать за особенностями размножения нейтронов. Коэффициент k∞ показывает количество тепловых нейтронов, которые переходят из одной реакции к другой, поэтому теоретически для непрерывной цепной реакции он должен иметь значение k∞ ≥ 1.
В идеальных условиях для атомного реактора:
— если k∞ = 1, возникают критические условия, то есть самоподдерживающаяся цепная реакция (как на современных атомных станциях);
— если k∞ < 1, возникают подкритические условия, и ядерный реактор остановится;
— если k∞ > 1, возникают надкритические условия, которые могут привести к взрыву.
ФОРМУЛА ЧЕТЫРЕХ СОМНОЖИТЕЛЕЙ k∞Обычно коэффициент размножения к. определяют как произведение четырех величин
k∞ = η · f · ε · р, где:
— η — коэффициент размножения, который показывает количество нейтронов, полученных в среднем на каждый тепловой нейтрон, захваченный ядерным топливом (обычно ураном-235 и -238). В случае с природным ураном он равен примерно 1,3;
— f — коэффициент использования тепловых нейтронов, который показывает вероятность того, что захват нейтронов произойдет в замедлителе или в структурных элементах, а не в топливе (уране). Обычно имеет значение 0,9;
— ε — коэффициент быстрого деления, который показывает вероятность того, что быстрые нейтроны спровоцируют деление. В реакторах с ураном в качестве топлива это привело бы, например, к делению урана-238; в этом случае значение коэффициента было бы равно 1,03;
— р — показывает вероятность того, что нейтроны избегут резонансного захвата. С графитом в качестве замедлителя его значение равно 0,9.
В идеальном случае при k∞ = 1 произойдет самоподдерживающаяся реакция без использования внешнего источника нейтронов. В реальных системах обычно коэффициент размножения нейтронов kef определяется как произведение бесконечного коэффициента размножения k∞ идеальной системы на вероятность Р того, что нейтрон ускользнет от системы размножения реактора:
kef = P · k∞
Это значение коэффициента, которое учитывает потерю нейтронов в реакторе, подразумевает, что на практике можно иметь k∞ > 1 и сохранять подкритические условия. Критическая масса — это количество ядерного топлива, которое при определенных условиях делает цепную реакцию самоподдерживающейся. Критическая масса зависит от геометрии реактора, а также от состава и уровня чистоты ядерного топлива. Если потеря нейтронов сокращается, то критическая масса может быть уменьшена. С другой стороны, нейтроны характеризуются временной постоянной т, которая соответствует времени, необходимому для торможения (примерно 10-6 с), и времени рассеяния перед поглощением (порядка 10-3 с). Таким образом, если N0 — изначальное количество нейтронов, то с течением времени их количество будет соответствовать выражению, зависящему от k∞.
N(t) = N0 · e(k∞-1)t/τ.
Поэтому если k∞ = 1, то появляются критические условия и количество нейтронов N не меняется (N = N0). При k∞ < 1 оно экспоненциально уменьшается, а при k∞ > 1 мы имеем надкритическое состояние, при котором число нейтронов экспоненциально увеличивается и реакция выходит из-под контроля.
В настоящих реакторах обычно сначала создается подкритическое состояние и используются замедленные нейтроны и аварийная регулирующая кассета для того, чтобы достигнуть критического — рабочего — состояния.
ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕАКТОР КОЛУМБИЙСКОГО УНИВЕРСИТЕТААтака на Перл-Харбор вызвала огромный резонанс в американском обществе. К иностранным ученым, в особенности бежавшим из вражеских стран, стали относиться с большим подозрением: любой из них мог оказаться шпионом. Руководителями групп по исследованию урана назначались только американские граждане. В таких условиях в Чикаго была создана «Металлургическая лаборатория» во главе с Артуром Комптоном. Ее целью было получение плутония при помощи ядерных реакций на основе урана и с графитом в качестве замедлителя. Название проекта было призвано сохранить в тайне истинную его цель: в лаборатории почти не занимались металлургией, если не считать саму конструкцию ядерного реактора.
За короткое время Ферми завоевал в Чикаго всеобщее уважение, но когда в конце декабря 1941 года он первый раз приехал туда из Нью-Йорка, ему пришлось предупредить власти, взять у них разрешение на отъезд и сообщить цель и длительность поездки. Секретарь отделения физики в Колумбийском университете некоторое время исследовал досье ученого, а в апреле 1942 года Ферми окончательно переселился в Чикаго. Лаура с детьми ждали июня, когда заканчивалась учеба в школе. Для семьи Ферми это были сложные месяцы: они еще не были американскими гражданами и к тому же приехали из вражеской Италии, что усложняло каждый их шаг, в частности связанный с переездами.
В 1941 году Ферми и Силард не без сложностей получили большие количества чистого графита и чистых минералов урана. Силард сам вел переговоры с американскими и канадскими компаниями, чтобы получить достаточное количество качественного материала, а Ферми проектировал уран-графитовый ядерный реактор, как он сам его назвал, пытаясь найти наилучшую геометрическую форму для обоих компонентов и разместить их так, чтобы получить самоподдерживающуюся цепную реакцию. Ученые знали, что чем больше размеры реактора, тем лучше протекает диффузия нейтронов и возрастает коэффициент размножения kef.