Канальный кипящий графитовый реактор Реакторы водо-водяного типа Реакторы на быстрых нейтронах Задачи по физике ядра Испытания ядерного оружия

Физика ядерного реактора.

Некоторые свойства частиц, из которых состоит атом и его ядро.

Рис 2.

Табл. 1

частица

заряд

спин, ħ

масса, (mc2), МэВ

Время жизни

p

+e

½

938,272

>1032 лет

n

0

½

939,565

887±2 с

e

-e

½

0,511

> 4,2*1024 лет

Из двухпараметрического распределения плотности заряда в ядре   следует, что радиус ядра (радиус полуплотности) R=(1,2A1/3-0,5) Фм. Конструкция паровых турбин. По направлению движения потока пара различают аксиальные ПТ, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные ПТ направление потока пара в которых перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения. В РФ строят только аксиальные ПТ.

Для ядер с A>20 R≈1,2 A1/3 Фм. Параметр а связан с толщиной поверхностного слоя t соотношением t=(4ln3)a≈4,4a. Опыт показывает, что t примерно одна и та же для всех ядер: t≈2,4 Фм (а≈0,55 Фм).

Для протона ρ(r)=ρ(0)e-r/a; где а=0,23 Фм; ρ(0)=3 е/Фм3.

Среднеквадратичный радиус протона, учитывая, что заряд, сосредоточенный в шаровом слое единичной толщины, равен 4πr2ρ(r):

Размер нейтрона примерно такой же. В нейтроне центральная область заряжена положительно, а область r>0,7 Фм – отрицательно (Рис. 4):

Рис.4. Распределение заряда в нуклонах

При этом суммарный по всему объёму нейтрона заряд равен нулю.

Зарядовая структура нейтрона и протона объясняется их кварковым составом. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка, а нейтрон – из двух d-кварков и одного u-кварка. Масса (mc2) в составе адрона mu-кварка=md-кварка≈0,33ГэВ. Пленение («склеивание» глюонами) кварков в адроне (нуклоне) называют конфайнментом. Кварки вместе с лептонами (< 10-16см) называют фундаментальными фермионами (у них полуцелый спин). В группу лептонов входит электрон, мюон со временем жизни tж~2,2*10-6с [МэВ], таон [tж~2,9*10-13с; МэВ], электронное нейтрино  эВ], мюонное нейтрино МэВ и таонное нейтрино МэВ]. Из них состоят все более крупные объекты: адроны, ядра, атомы, молекулы и т.д., т.е. наш мир можно свести к фундаментальным фермионам, взаимодействующим путём обмена фундаментальными бозонами (фотонами, глюонами, w- и z- бозонами). 12 фермионов подразделяются на 3 группы, которые называют поколениями. В каждом из поколений 2 кварка и 2 лептона (Табл 2)

Табл. 2

Поколения

1

2

3

заряд

кварки

верхние

u

c

T

+2/3e

нижние

d

s

b

-1/3e

лептоны

нейтрино

νe

νμ

ντ

0

заряженные

e

μ

τ

-e

Протоны (как и электроны, γ-кванты, нейтрино) – стабильные частицы. Нейтроны стабильны только в составе ядра. Свободные нейтроны относительно быстро распадаютя (табл 1): n→p+e-+ΰe, причём протон, электрон и электронное антинейтрино характеризуют распад d-кварков.

Исследования по глубоконеупругому рассеянию лептонов на нуклонах показали, что нуклоны состоят из трёх валентных кварков, виртуальных «морских» кварков/антикварков и глюонов (как из фотонов и w-, и z-бозонов, у них s=1, а масса покоя, как и у фотонов, равна 0, но радиус взаимодействия ~10-13см, тогда как у фотонов он стремится к бесконечности, а у w- и z-бозонов ~10-16см, mW±(mc2)=80,42ГэВ и mZ(mc2)=91,19ГэВ. Доли внутреннего импульса протона распределяются среди этих типов партонов (точечные объекты с диаметром  <10-16см, в которых сосредоточена вся масса или внутренняя энергия нуклона) следующим образом: доля импульса протона, приходящаяся на u-кварки и антикварки εu=0,36; доля на d-кварки (и антикварки) εd=0,18; а доля на глюоны εg=0,46. Т.о. ≈50% массы протона, приходится на глюоны. Для нейтронов, повидимому, εd=0,36, εu=0,18, εg=0,46.


На главную