Поглощение нейтронов

Сульфит натрия Fe и др. металлы Поглощение кислорода

Примером монотонных зависимостей может служить старение смазок, что связано главным образом с их окислением. Так, в узлах трения миниатюрных приборов (например, часов) создаются неблагоприятные условия с точки зрения окисления смазок, так как детали смазываются небольшими дозами без пополнения и имеет место взаимодействие с металлом и окружающей средой. На скорость окисления масла большое влияние оказывает его состав (рис. 26, в). Как показали исследования [211 ], поглощение кислорода (?,(Ж1а/г), которое и характеризует степень повреждения (старения) масла, протекает со значительно, меньшей интенсивностью при наличии присадок.

В качестве примера можно привести анализ процесса старения ненасыщенных полимеров (например, каучука) [1151. Данный процесс связан с поглощением кислорода из воздуха и последующим охрупчиванием полимера. Поэтому степень повреждения можно оценивать по количеству М поглощенного кислорода: U = М. Процесс имеет четыре стадии (рис. 27, а). Вначале (зона /) происходит интенсивное поглощение кислорода, что обусловлено протеканием химических реакций с участием реакционноспособ-ных групп самого каучука. Затем (зона //) скорость процесса поглощения снижена до некоторого постойнного значения, так как реакция замедлена ингибиторами. После того, как ингибитор израсходован, начинается активизация процесса (зона ///), реакция имеет автокаталический характер. Наконец, скорость процесса окисления снова снижается (зона IV). Поскольку к началу /// стадии уже потеряны ценные свойства каучука (понижается прочность на растяжение, увеличивается хрупкость), наибольшее значение имеет рассмотрение двух первых периодов старения.

животных (поглощение кислорода и выделение СО2)

В процессе плавки Н. сильно поглощает-восстановит, газы, к-рые даже при их не-значит. содержании вызывают хрупкость металла при горячей обработке. Установлено, что 100 г Н. при темп-ре 1500° поглощают до 500 см3 газов, из к-рых 90%. приходится на окись углерода, 2,3% — на углекислый газ, 3,5% — на водород и. 4,2% —на азот. Скопление окиси углерода и водорода вызывает растрескивание Н. при горячей обработке давлением. При: выплавке никелевых жаропрочных сплавов также происходит энергичное поглощение кислорода, азота и водорода. Часть этих газов адсорбируется и, выделяясь при застывании металла, ухудшает последующую горячую обработку давлением;

Деятельность растений Выделение кислорода Поглощение С02 Деятельность животных Поглощение кислорода Выделение

Концентрация растворенного кислорода в морской воде может достигать 12 мг/кг [4]. Фотосинтез зеленых растений, волнение на поверхности и другие факторы повышают содержание кислорода в воде, а поглощение кислорода при разложении погибших организмов, наоборот, снижает. Сезонные колебания уровня растворенного кислорода в данной точке океана, связанные с действием перечисленных факторов, будут отражаться и на коррозионных процессах.

Сополимер трифторхлорэтилена с фтористым винилиденом — каучукоподобныи продукт, обладающий значительной стойкостью к термоокислительным воздействиям. Это объясняется тем, что связь С — Н в группе С — Н2 сильно поляризуется под влиянием атомов фтора, стоящих у соседнего атома углерода. Изучение термоокислительного воздействия (в специальной окислительной установке) на сополимер показало, что при 250° С не происходит поглощение кислорода, причем в течение 40 ч наблюдается выделение 0,3% НС1 и 0,05% HF, меньше, чем при нагревании сополимера в вакууме. При 300°С начинается поглощение кислорода, при этом происходит значительная деструкция сополимера.

Рис. 13. Поглощение кислорода костяным маслом (h = 0,04 мм) без присадок и в присутствии 0,01% окси-дифиниламина при температуре 50,75 и 100° С:

Термическая деаэрация не обеспечивает полного удаления кислорода из питательной воды. Более совершенны химические методы удаления растворенного в воде кислорода, например, сульфитом натрия Na2SO3. Поглощение кислорода происходит в результате следующей реакции:

Первый период — самонагревание угля до темпег ратуры 76—85° С (критическая температура самонагревания угля), при которой поглощение кислорода сопровождается образованием низкотемпературных перекис-ных комплексов (СО2, Н^Э), вследствие чего вес угля несколько увеличивается. Второй период — интенсивное самонагревание угля выше температуры 85° С, при которой низкотемпературные перекисные комплексы неустойчивы и процесс их распада сопровождается еще-большим выделением тепла с испарением влаги. Вяеш-ним признаком наличия в штабеле этой температуры служат влажные пятна на его поверхности. Третий период (при температуре выше il30—J170° С) — образование высокотемпературных комплексов, когда скорость выделения тепла становится весьма значительной и температура быстро растет, приближаясь к температуре возгорания угля. Четвертый период — достижение температуры возгорания, когда процесс переходит в фазу горения, сопровождающуюся дымообразоваяием и озо-лением топлива. Горение угля наступает при темпера-

Как известно, развиваемое в настоящее время направление по созданию реакторов-размножителей на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением и окисным уран-плутониевым^ топливом в стержневых твэлах с покрытием из нержавеющей стали не может обеспечить необходимое время удвоения делящегося материала ~5—6 лет. Причина этого — поглощение нейтронов натриевым теплоносителем и стальным покрытием, смягчение спектра нейтронов кислородом в окисном топливе. При применении гелиевого теплоносителя отпадает необходимость использования стали в качестве защитных покрытий и появляется возможность применения керамического монокарбидного ядер-

ПОГЛОЩЕНИЕ НЕЙТРОНОВ — захват нейтронов ядрами атомов вещества. Ядра, возникающие в результате П. н., могут быть как стабильными, так и радиоактивными. П. н. используется для ослабления интенсивности нейтронного излучения, напр, с целью регулирования хода цепной реакции в ядерном реакторе (см. Нейтронов поглотитель), получения искусственно-радиоактивных ядер и т. д.

Цепная реакция будет поддерживаться с определенными трудностями, если энергия поглощаемых нейтронов будет выше 0,1 кэВ. Нейтроны, энергия которых меньше этого значения, называются тепловыми нейтронами. Это название означает, что нейтроны обладают относительно малой энергией, сопоставимой со средней энергией теплового движения молекул. Реакторы, работающие на таких нейтронах, называются тепловыми ядерными реакторами. Поскольку нейтроны, получающиеся в результате цепной реакции, обладают энергией в несколько мегаэлектрон-вольт, то необходим процесс замедления. В обычном реакторе замедлитель помещается или распределяется между топливными стержнями. Наилучшим замедлителем будет такой, в котором нейтроны только замедляются, но не поглощаются, поскольку поглощение нейтронов уменьшает нейтронный поток и затрудняет процесс поддержания цепной реакции. В качестве замедлителя используются легкая (обычная) и тяжелая вода ',-' гелий, графит2. Наиболее широко в энергетических реакторах используется обычная вода.

Цепная реакция будет поддерживаться с определенными трудностями, если энергия поглощаемых нейтронов будет выше 0,1 кэВ. Нейтроны, энергия которых меньше этого значения, называются тепловыми нейтронами. Это название означает, что нейтроны обладают относительно малой энергией, сопоставимой со средней энергией теплового движения молекул. Реакторы, работающие на таких нейтронах, называются тепловыми ядерными реакторами. Поскольку нейтроны, получающиеся в результате цепной реакции, обладают энергией в несколько мегаэлектрон-вольт, то необходим процесс замедления. В обычном реакторе замедлитель помещается или распределяется между топливными стержнями. Наилучшим замедлителем будет такой, в котором нейтроны только замедляются, но не поглощаются, поскольку поглощение нейтронов уменьшает нейтронный поток и затрудняет процесс поддержания цепной реакции. В качестве замедлителя используются легкая (обычная) и тяжелая вода ',- гелий, графит 2. Наиболее широко в энергетических реакторах используется обычная вода.

Поток нейтронов должен быть тщательно сформирован, чтобы обеспечить необходимый для воспроизводства избыток нейтронов. В дополнение к обычным для всех реакторов проблемам, связанным с утечкой нейтронов и отравлением продуктами деления реакторы-размножители с расплавленной солью имеют также еще одну проблему: поглощение нейтронов ядрами изотопа протактиния (233Ра), который является промежуточным звеном в цепи воспроизводства. Эти ядра имеют сечение поглощения нейтронов, определенное для района резонанса энергии, приблизительно 850 барн, а сечение 233U равно приблизительно 525 барн. Может даже оказаться, что воспроизводство окажется невозможным до тех пор, пока 233Ра содержится в области высокого нейтронного потока.

возникла в связи с требованиями реактивной авиации и ракетостроения, для которых не-. ^ ^0 обходимы высокопрочные термоустойчивые fe конструкционные и теплоизоляционные мате- ~^:80 риалы, и с требованиями атомной промыш- 4 ленности, где необходимы особые ядерные ^.ifO ссойсгва (захват, рассеяние или поглощение нейтронов, противостояние радиоактивному -облучению), высокая огнеупорность, термо- ^

в природном .уране число ядер урана-238 превосходит число ядер урана-235 более чем в 100 раз, шанс что нейтрон, обладающий такой высокой энергией,, вызовет расщепление урана, равен 47 всего лишь 1 : 100 (это как раз и равняется соотношению макроскопических ядерных сечений урана-235 и урана-238). В диапазоне резонанса (1—1000 эВ) величина ядерного (микроскопического.), сечения урана-238 претерпевает резкие флюктуации (см. рис. 23), суммарным результатом которых является то, что поглощение (без расщепления) ядрами урана-238 резко увеличивается для нейтронов с такими энергиями. И лишь в области меньше 1 эВ ядерное сечение расщепления урана-235 непрерывно увеличивается с уменьшением энергии нейтрона (см. рис. 22) и становится приблизительно в 100 раз больше ядерного сечения поглощения нейтронов ядрами урана-238. В последнем случае макроскопические сечения урана-235 и урана-238 выравниваются, поскольку ядер урана-238 все же в 100 раз больше ядер урана-235. Следовательно, с этого момента (то есть при дальнейшем уменьшении энергии) расщепление урана может происходить не реже поглощения нейтронов ядрами без последующего расщепления. Очевидно, что для поддержания цепной реакции деления, проходящей в природном уране, необходим замедлитель — вещество, способное снизить энергию нейтронов, появляющихся при расщеплении, до значений меньше 1 эВ (желательно гораздо меньше), прежде чем нейтрон вновь столкнется с ядром урана. При этом замедлитель должен быть весьма эффективным, так как снижение энергии нейтронов всего лишь до 10 или 100 эВ приводит к обратному действию: эти значения энергии приходятся на диапазон резонанса, в котором поглощение нейтронов ядрами урана-238 становится максимальным.

1. Вещество-замедлитель не должно в какой-либо заметной степени поглощать нейтроны. Ведь само замедляющее вещество предназначено для того, чтобы предотвратить поглощение нейтронов ядрами урана. Соответственно вещество-замедлитель не должно содержать примеси другого вещества, поглощающего нейтроны.

Рис. 28. Зависимости ядерного сечения от энергий нейтрона для поглощения ураном-238 (прямая линия) и для расщеп- зон резонанса, для которого ления урана-235 (пунктир), характерно максимальное Максимум расщепления (Б) поглощение нейтронов яд-, находится между двумя мак- _00 v „ м

Более простым способом является воздействие на поглощение нейтронов в активной зоне. Используются твердые и жидкие материалы, содержащие ядра, сильно поглощающие нейтроны. К таким материалам относятся, например, бор (естественный или обогащенный изотопом 10В), кадмий, европий, гафний. Эти материалы поглощают нейтроны сильнее, чем 235U в 5—10 и более раз. Введение и выведение поглощающих материалов в активную зону осуществляется различными способами. Наиболее

Указанные соображения должны быть учтены при выборе материала для защитных оболочек. Так, материал, идущий на изготовление защитной оболочки для замедлителей из графита, должен удовлетворять следующим требованиям: 1) должен быть пригоден для работы при температуре активной зоны реактора в условиях контакта с графитом и натрием; 2) должен обеспечивать минимальное поглощение нейтронов. Последнему свойству вполне удовлетворяет цирконий. Низкая стойкость этого материала при высоких температурах не создает особых затруднений. Имеется основание считать, что цирконий, даже при температурах более высоких, чем в натриево-графитовом реакторе, в натрии практически не растворяется.