Теоретически цепная реакция в ядерном реакторе выглядит просто. Ядра атомов радиоактивного материала - например, изотопов урана - бомбардируются нейтронами. Когда нейтрон попадает в ядро атома, происходит реакция деления, в результате которой испускается больше нейтронов и гамма-кванты, несущие огромное количество энергии, а само ядро распадается. Явление деления обычно используется в ядерных реакторах для производства энергии.
Внимание! У нас проходит розыгрыш в честь первой 1000 подписчиков! Спешите принять участие!
Однако это простое описание мало учитывает сложность физических процессов, происходящих в реакторе. А также загадки, которые до сих пор связаны с его созданием. Одним из них было давно обсуждаемое явление, известное как эффект кластеризации нейтронов.
Что на самом деле происходит в ядерном реакторе
Поклонники сериала «Чернобыль» прекрасно знают, что ядерный реактор - это сложное устройство, работа которого иногда может быть загадкой даже для его конструкторов. В нем есть неровности, в результате которых возникают перепады или скачки мощности в отдельных частях реактора. Например, для его регулирования используются замедлители (в показанном в серии реакторе РБМК это были графитовые стержни).
Почему реакторы, режим работы которых, кажется, подчиняется точным физическим законам, иногда порочны? На этот вопрос отвечает новое исследование. Статья с их описанием, которая поможет лучше смоделировать работу реакторов и реорганизовать системы безопасности, появилась в Nature Communications Physics.
Ознакомьтесь с нашей игрой: Какой ты измерительный прибор сегодня?
Какое отношение имеет Блез Паскаль к ядерным реакторам
Понимание того, что происходит в ядерных реакторах, важно из-за так называемой ошибки игрока. Эта формулировка приписывается Паскалю, французскому философу 17-го века, математику и теологу. Паскаль был одним из первых, кто занялся вероятностью. А точнее - азартные игры и каковы шансы на победу людей, которые в них принимают участие.
Разорение игрока - это статистическая гипотеза, согласно которой, если у игрока есть 50% шанс выиграть одну ставку, то при достаточно большом количестве попыток риск возможного проигрыша или полного банкротства составляет 100%.
Аналогичное рассуждение можно сделать и для процесса, происходящего в атомном реакторе. Если каждый нейтрон составляет 50% шанс вызвать ядерное деление и привести к испусканию другого нейтрона, тогда, даже когда реактор находится в критическом состоянии (т.е. когда устройство имеет самоподдерживающуюся реакцию деления), в какой-то момент в будущем все свободные нейтроны исчезнут, и цепная реакция закончится.
Ошибка игрока работает в ядерных реакторах?
Это действительно то, что происходит? Чтобы проверить это - и не путем статистического анализа, а путем изучения того, что происходит на самом деле, - ученые использовали ядерный реактор, расположенный в критическом комплексе Walthousen Reactor в Нью-Йорке. Устройство генерировало небольшую мощность, что было необходимо, потому что в больших реакторах, используемых на атомных электростанциях, количество взаимодействий между нейтронами и ядерными ядрами достигает триллионов.
Ученые использовали три нейтронных детектора, чтобы отследить судьбу практически каждой частицы, образующейся в реакторе. Оказалось, что на самом деле в цепной реакции иногда возникают кластеры нейтронов - целые цепочки частиц, исходящие друг от друга. В других случаях нейтроны долгое время не вызывали деления (они умирали при поглощении материалами реактора, были поглощены замедлителем, то есть замедлением реакции, или даже, как иногда бывает, они были захвачены топливом, но без реакции деления).
Когда происходит реакция спонтанного деления ядер?
И именно эти эффекты были причиной скачков и падений генерируемой мощности. – «Во время работы реактора иногда появляются целые семейства нейтронов - последовательности частиц, образовавшиеся в результате деления атомного ядра. В других случаях нейтроны вообще не вызывают деления, что в конечном итоге приводит к сбоям в работе реактора», сказал Николас Томпсон, инженер из Лос-Аламоса. – «Это явление обсуждается годами, но ни разу не наблюдалось в работающем реакторе», - добавляет он.
И почему не погас реактор? Гипотеза ошибки игрока оказалась ложной из-за спонтанной реакции ядерного деления радиоактивных элементов. Это происходит очень редко, но испускаемых таким образом дополнительных нейтронов достаточно для поддержания цепной реакции в реакторе.
- «Испытания позволили не только ответить на фундаментальные вопросы о поведении нейтронов в реакторе, но также предоставили данные для лучшего моделирования работы реактора в будущем и, возможно, также для разработки более эффективных процедур и систем безопасности на электростанциях» - заключает Джессон Хатчинсон, один из соавторов исследования.
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Скидка в нашем интернет-магазине на #pH-метры и другие #измерительные #приборы по промокоду ZENPROFIT.