Цепные реакции

Цепные реакции широко распространены среди химических реакций, где роль частиц с неиспользованными связями выполняют свободные атомы или радикалы. Механизм цепной реакции при ядерных превращениях могут обеспечить нейтроны, не имеющие кулоновского барьера и возбуждающие ядра при поглощении. Появление в среде необходимой частицы вызывает цепь следующих, одна за другой реакций, которая продолжается до обрыва цепи вследствие потери частицы-носителя реакции. Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход частицы за пределы объёма вещества, поддерживающего цепной процесс. Если в каждом акте реакции появляется только одна частица-носитель, то цепная реакция называется неразветвлённой. Неразветвлённая цепная реакция не может привести к энерговыделению в больших масштабах.

Если в каждом акте реакции или в некоторых звеньях цепи появляется более одной частицы, то возникает разветвленная цепная реакция, ибо одна из вторичных частиц продолжает начатую цепь, а другие дают новые цепи, которые снова ветвятся. Правда, с процессом ветвления конкурируют процессы, приводящие к обрывам цепей, и складывающаяся ситуация порождает специфические для разветвленных цепных реакций предельные или критические явления. Если число обрывов цепей больше, чем число появляющихся новых цепей, то самоподдерживающаяся цепная реакция (СЦР) оказывается невозможной. Даже если её возбудить искусственно, введя в среду какое-то количество необходимых частиц, то, поскольку число цепей в этом случае может только убывать, начавшийся процесс быстро затухает. Если же число образующихся новых цепей превосходит число обрывов, цепная реакция быстро распространяется по всему объёму вещества при появлении хотя бы одной начальной частицы.

Область состояний вещества с развитием цепной самоподдерживающейся реакции отделена от области, где цепная реакция вообще невозможна, критическим состоянием. Критическое состояние характеризуется равенством между числом новых цепей и числом обрывов.

Достижение критического состояния определяется рядом факторов. Деление тяжелого ядра возбуждается одним нейтроном, а в результате акта деления появляется более одного нейтрона (например, для 235U число нейтронов, родившихся в одном акте деления, в среднем равно 2,34). Следовательно, процесс деления может породить разветвленную цепную реакцию, носителями которой будут служить нейтроны. Если скорость потерь нейтронов (захватов без деления, вылетов из реакционного объёма и т. д.) компенсирует скорость размножения нейтронов таким образом, что эффективный коэффициент размножения нейтронов в точности равен единице, то цепная реакция идёт в стационарном режиме. Введение отрицательных обратных связей между эффективным коэффициентом размножения и скоростью энерговыделения позволяет осуществить управляемую цепную реакцию, которая используется, например, в ядерной энергетике. Если коэффициент размножения больше единицы, цепная реакция развивается экспоненциально; неуправляемая цепная реакция деления используется в ядерном оружии.

вопрос 106. Ускорительная техника Хигс

Пи́тер Уэйр Хиггс (англ. Peter Ware Higgs; род. 29 мая 1929 года, Ньюкасл-апон-Тайн, Англия) — британский физик-теоретик, член Королевского Общества Эдинбурга, член Лондонского королевского общества, в настоящее время профессор в отставке (лат. emeritus) в Эдинбургском университете. Обучался в Королевском Колледже Лондона. ЛауреатНобелевской премии по физике за 2013 год совместно с Франсуа Энглером за предсказание бозона Хиггса.

П. Хиггс наиболее известен благодаря предложенному им в 1960-х годах механизму спонтанного нарушения электрослабой симметрии, объясняющему происхождение массы элементарных частиц и, в частности, масс векторных W- и Z-бозонов.Механизм, в настоящее время носящий его фамилию, предсказывает существование новой частицы, хиггсовского бозона. Об открытии частицы было объявлено 4 июля 2012 года на пресс-конференции ЦЕРНа (сам Хиггс заявил по этому поводу, что не ожидал экспериментального подтверждения собственной теории при своей жизни). Механизм Хиггса считается сообществом физиков одним из основных компонентов Стандартной Модели. Хиггс придумал механизм, названный впоследствии в его честь, во время горной прогулки в районе Эдинбурга; вернувшись после неё в лабораторию, Хиггс заявил, что у него возникла «грандиозная идея».

За достижения в области теоретической физики П. Хиггс был награждён большим числом премий и медалей. В частности, он является лауреатом медали Дирака [de], присуждаемой Институтом физики (Лондон), а также премии 1997 года в области физики частиц и физики высоких энергий, присуждаемой Европейским физическим обществом.

Открытие бозона Хиггса признано научным прорывом 2012 года. 8 октября 2013 года Питер Хиггс и бельгийский физикФрансуа Энглер получили Нобелевскую премию в области физики за теоретическое обоснование существования бозона Хиггса. «Премия этого года посвящена чему-то очень маленькому, которое объясняет все остальное в нашем мире», — заявил постоянный секретарь Королевской шведской академии наук Штаффан Нормарк.

вопрос 107. Классификация магнитных материалов по свойствам и технологическому назначению. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.