Основные элементы реактора и их назначение.
| активная зона ·Ядерное топливо (U-235) ·Замедлитель (H2O, D2O, графит). | Уран в активной зоне в виде стержней. Наиболее эффективно делится медленными нейтронами. |
|
| Замедляет нейтроны. | ||
| Регулирующие стержни (B, Cd) | Поглощают нейтроны. | |
| Отражатель (Be) | Отражает нейтроны. | |
| Защитная оболочка (бетон+Fe+B) | Защищает от радиации. | |
| Теплоноситель (H2O, D2O). | Отводит тепло из Я.Р. |
Принцип действия реактора и работа АЭС:
Управление ядерным реактором осуществляется регулирующими стержнями, которые хорошо поглощают нейтроны. При их полном погружении цепная реакция невозможна. Для запуска реактора их постепенно выводят из активной зоны до тех пор, пока не начнётся цепная реакция.
Образующиеся при делении нейтроны и осколки, разлетаясь с большой скоростью, попадают в воду, отдают атомам Н2 и Очасть своей энергии и замедляются. Н2О при этом нагревается, а замедленные нейтроны опять попадают в урановые стержни и участвуют в делении ядер.
С помощью насосов вода из активной зоны поступает в теплообменник, где нагревает воду в змеевике, превращая ее в пар. Пар, поступая на турбину, вращает её, которая, в свою очередь, приводит во вращение ротор генератора электрического тока. Отработанный пар поступает в конденсатор и превращается в воду. Затем весь цикл повторяется.
Вот так реактор участвует в работе АЭС. При правильной эксплуатации АЭС считаются экологически чище, чем ТЭС. Но вот что может произойти, если полностью вывести из активной зоны регулирующие стержни. Вода в активной зоне может превратиться в пар, который под огромным давлением разорвёт трубы охлаждения и повредит бетонные плиты защиты. В окружающую среду выбросятся радиоактивные вещества. Так произошло на Чернобыльской АЭС.
|
|
|
Назначение каждого вещества в уран-графитовом реакторе с помощью стрелок.
  урановые стержни
| теплоноситель |
  графитовый блок
| отражатель нейтронов |
 кадмиевые стержни
| ядерное "горючее" |
| бериллиевая оболочка | поглотитель нейтронов |
| вода | замедлитель нейтронов |
- Каков физический смысл Ψ-функции в квантовой механике?
Волнова́я фу́нкция, или пси-функция 
— комплекснозначная функция, используемая вквантовой механике для описания чистого состояния системы. Является коэффициентом разложения вектора состояния по базису (обычно координатному):
где 
— координатный базисный вектор, а 
— волновая функция в координатном представлении.
Физический смысл волновой функции заключается в том, что согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики плотность вероятности нахождения частицы в данной точке конфигурационного пространства в данный момент времени считается равной квадратуабсолютного значения волновой функции этого состояния в координатном представлении.
|
|
|
Физический смысл волновой функции
В координатном представлении волновая функция 
зависит от координат (или обобщённых координат) системы. Физический смысл приписывается квадрату её модуля 
, который интерпретируется как плотность вероятности 
(для дискретных спектров — просто вероятность) обнаружить систему в положении, описываемом координатами 
в момент времени 
:
.
Тогда в заданном квантовом состоянии системы, описываемом волновой функцией , можно рассчитать вероятность 
того, что частица будет обнаружена в любой области конфигурационного пространства конечного объема 
: 
.
Следует также отметить, что возможно измерение и разницы фаз волновой функции, например, в опыте Ааронова — Бома.
- В чём заключается двойное лучепреломление? В каких кристаллах оно наблюдается?
При прохождении света через все прозрачные кристаллы, за исключением принадлежащих к кубической системе, наблюдается явление, получившее название двойного лучепреломления. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри кристалла на два луча, распространяющееся, вообще говоря, с разными скоростями и в различных направлениях.
|
|
|
Кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением, подразделяются на одноосные и двуосные. У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления, в частности он лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой о. Для другого луча, называемого необыкновенным (его обозначают буквой е), отношение синусов угла падения и угла преломления не остается постоянным при изменении угла падения. Даже при нормальном падении света на кристалл необыкновенный луч, вообще говоря, отклоняется от нормали (рис. 6.3). Кроме того, необыкновенный луч не лежит, как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Примерами одноосных кристаллов могут служить исландский шпат, кварц и турмалин. У двуосных кристаллов (слюда, гипс) оба луча необыкновенные — показатели преломления для них зависят от направления в кристалле.
|
|
|
Рис. 6.3. Двойное лучепреломление в кристаллах.
Любая плоскость, проходящая через оптическую ось, называется главным сечением, или главной плоскостью кристалла. Обычно пользуются главным сечением, проходящим через световой луч.
Исследование обыкновенного и необыкновенного лучей показывает, что оба луча полностью поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях (см. рис. 6.3). Плоскость колебаний обыкновенного луча перпендикулярна к главному сечению кристалла. В необыкновенном луче колебания светового вектора совершаются в плоскости, совпадающей с главным сечением. По выходе из кристалла оба луча отличаются друг от друга только направлением поляризации, так что названия «обыкновенный» и «необыкновенный» луч имеют смысл только внутри кристалла.
- Что такое степень поляризации света? Объясните это понятие для естественного и плоскополяризованного света.
Степенью поляризации называется величина
где Imax и Imin, - соответственно максимальная и минимальная интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.
Светсо всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е называется естественным.Для естественного света Imax = Imin и Р = 0;
Свет,в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.Свет, в котором вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном лучу, называется плоскополяризованным. Для плоскополяризованного Imin = 0 и Р = 1.
- Как можно объяснить соотношение неограниченностей Гейзенберга?
Соотношение неопределенности Гейзенберга показывает, что “между точностью, с которой одновременно может быть установлено положение частицы, и точностью ее импульса существует определенное соотношение” : 
q p ≥ h ,
где — среднеквадратичное отклонение. Нетрадиционное обозначение в формуле вводится для того, чтобы подчеркнуть отличие от единичного отклонения, которое часто обозначается символом D , что в отдельных случаях вызывает неверное толкование формулы.
Характеристика, данная этому соотношению Л. Д. Ландау:
“Открытие принципа неопределенности показало, что человек в процессе познания природы может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить”
- В чём заключается ядерное взаимодействие? Приведите пример ядерной реакции.
Под ядерным взаимодействием понимают процесс взаимодействия ядра и бомбардирующей его частицы. По исходу взаимодействия бомбардирующей частицы с ядром следует различать:
- упругое рассеяние, при котором состав ядра мишени остается неизменным, а также не меняется его внутренняя энергия;
- неупругое рассеяние, при котором состав ядра мишени остается неизменным, но изменяется его внутренняя энергия в результате поглощения им части кинетической энергии бомбардирующей частицы;
- собственно ядерные реакции, в результате которых возникают новые ядра, отличающиеся по составу нуклонов от ядра мишени.
Ядерные реакции подобно химическим реакциям обычно записываются в виде символических уравнений:
Х + а→Y + b,
где Х – исходное ядро, называемое также ядром мишенью;
а – бомбардирующая частица;
Y – ядро, возникшее в результате реакции;
b – новая частица (или группа частиц), появившаяся в результате реакции.
В качестве бомбардирующих частиц могут быть использованы нейтроны, протоны, электроны, гамма фотоны, частицы, ядра атомов дейтерия – дейтроны, ядра атомов трития – тритоны и другие ядра.
Наиболее важными с точки зрения устройства и поражающего действия ядерного оружия являются реакции под воздействием нейтронов: реакция деления ядер, реакция радиационного захвата, реакции испускания заряженных частиц.
Наилучшим замедлителем нейтронов являются водородосодержащие материалы, например, полиэтилен.
Неупругое рассеяние (n, n´) является пороговым взаимодействием, то есть оно происходит лишь тогда, когда кинетическая энергия нейтрона выше порогового значения, определяемого первым уровнем возбужденного состояния ядер. Неупругое рассеяние является основной причиной замедления нейтронов в ядерном горючем.
Реакция радиационного захвата (n,g) сопровождается поглощением нейтрона, при этом возникает новое ядро с массовым числом на одну единицу больше. Она возможна при любых энергиях нейтронов и практически на всех ядрах.
Радиационный захват нейтронов является реакцией, благодаря которой стал возможен синтез большинства искусственных радионуклидов, в том числе изотопов плутония. Примером реакции (n,g ) является реакция получения оружейного плутония из урана 238.
- Что называется дифракцией света? К чему приводит явление дифракции?
Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле - любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.
Дифракция волн существенно зависит от соотношения между длиной волны и размером объекта, вызывающего дифракцию.
Наиболее отчетливо дифракция обнаруживается в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны. Поэтому легко наблюдается дифракция звуковых, сейсмических и радиоволн, для которых длина волны лежит в пределах от нескольких метров до нескольких километров. Значительно труднее наблюдать дифракцию электромагнитных волн оптического диапазона, длины которых лежат в пределах 
.
Явление дифракции нагляднее всего демонстрируется с помощью волн на поверхности воды. Если размер отверстия или препятствия заметно меньше длины волны, то волна с ним не взаимодействует. Этим обусловлено то, что в шторм волны не проникают в бухту с узким входом. Морские волны длиннее, чем вход в бухту, и не замечают этого входа. Толщина стволов деревьев, стоящих в воде, меньше длины волны, и волны не взаимодействуют с ними.
А если размеры препятствия много больше длины волны, то волны за него не проникают, создается область тени: световая тень, звуковая тень, ограничения при передаче телевизионного сигнала, невозмущенная поверхность воды за большим валуном (рис. 3.4).
Из-за малости длины волны дифракционные явления в оптике наблюдать сложнее, чем в механике, но их проявления более многообразны и красочны.
Между интерференцией и дифракцией нет существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн. Перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным числом дискретных когерентных источников, принято называть интерференцией. Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно, называют дифракцией волн.
- Как объясняется общее уравнение Шредингера для микрочастицы?
Уравнение Шрёдингера - это основной теоретический инструмент квантовой механики. В квантовой механике уравнение Шрёдингера играет такую же роль, как уравнение движения (второй закон Ньютона) в механике классической. Уравнение Шрёдингера записывается для так называемой y - функции (пси - функции). В общем случае пси - функция – это функция координат и времени: y = y (x,y,z,t). Если микрочастица находится в стационарном состоянии, то пси - функция не зависит от времени: y= y (x,y,z).
В простейшем случае одномерного движения микрочастицы (например, только по оси x) уравнение Шрёдингера имеет вид:
| (21) |
где y (x) – пси - функция, зависящая только от одной координаты x; m – масса частицы; 
- постоянная Планка ( = h/2π ); E – полная энергия частицы, U – потенциальная энергия. В классической физике величина (E –U) равнялась бы кинетической энергии частицы. В квантовой механике вследствие соотношения неопределенностей понятие кинетической энергии лишено смысла. Заметим, что потенциальная энергия U– это характеристика внешнего силового поля, в котором движется частица. Это величина вполне определенная. Она также является функцией координат, в данном случае U=U(x,y,z).
В трехмерном случае, когда y = y (x,y,z), вместо первого слагаемого 
в уравнении Шрёдингера следует записать сумму трех частных производных от пси-функции по трем координатам.
Для чего применяется уравнение Шрёдингера? Как уже отмечалось, это основное уравнение квантовой механики. Если его записать и решить (что вообще не простая задача) для конкретной микрочастицы, то мы получим значение пси-функции в любой точке пространства, в котором движется частица. Какова вероятность обнаружить частицу в этой точке? Ответ: эта вероятность равна нулю! (точка не имеет размеров, попасть в точку частица просто физически не может). Значит, вопрос поставлен некорректно. Поставим его иначе: какова вероятность обнаружить частицу в малой области пространства объемом dV = dx dy dz с центром в выбранной точке? Ответ:
| (22) |
где dP – элементарная вероятность обнаружить частицу в элементарном объеме dV. Уравнение (22) справедливо для действительной пси-функции (она может быть и комплексной, в этом случае в уравнение (22) надо подставлять квадрат модуля пси-функции). Если область пространства имеет конечный объем V, то вероятность P обнаружить частицу в этом объеме находится интегрированием выражения (22) по объему V:
| (23) |
Напомним, что вероятностное описание движения микрочастиц – основная идея квантовой механики. Таким образом, с помощью уравнения Шрёдингера решается основная задача квантовой механики: описание движения исследуемого объекта, в данном случае квантово-механической частицы.
Отметим еще ряд важных обстоятельств. Как видно из формулы (21), уравнение Шрёдингера является дифференциальным уравнением второго порядка. Следовательно, в процессе его решения появятся две произвольные постоянные. Как их найти? Для этого используют так называемыеграничные условия: из конкретного содержания физической задачи должно быть известно значение пси-функции на границах области движения микрочастицы. Кроме того, используется так называемое условие нормировки, которому должна удовлетворять пси-функция:
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 8119; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!