التفاعل الانشطاري المتسلسل والمفاعلات النووية

ماذا تعرض

في الانشطار النووي تمتص نواة يورانيوم-235 نيوترونًا بطيئًا، فتنشطر إلى نواتين أصغر وتطلق 2 أو 3 نيوترونات ونحو 200 MeV من الطاقة. فإذا تسبب في المتوسط نيوترون واحد بالضبط من هذه النيوترونات في انشطار جديد، كان معامل التضاعف k = 1 وكان التفاعل المتسلسل حرجًا؛ وإذا كان k < 1 خمد التفاعل، وإذا كان k > 1 تنامى. يحافظ المفاعل على k = 1 باستخدام وقود مخصّب، ومهدئ يبطئ النيوترونات، وقضبان تحكم تمتصها، وقلب كبير بما يكفي ليقل ما يفلت منها. وتأتي الطاقة من نقص في الكتلة، E = Δmc².

طريقة الاستخدام

في تبويب «التفاعل المتسلسل» اختر «تخصيب U-235» و«المهدئ»، واضبط «إدخال قضبان التحكم» و«حجم القلب (نسبي)»، ثم اضغط «أطلق نيوترونًا» أو «أطلق 100 نيوترون» ولاحظ أعمدة كل جيل. في تبويب «المفاعل» حرّك قضبان التحكم، أو قلّل «تدفق التبريد»، أو اضغط «الإيقاف الطارئ (SCRAM)». يقارن تبويب «الطاقة» الانشطار بالاندماج، ويُظهر تبويب «الوقود المستنفد» كيف تضمحل النفايات مع الزمن.

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة التفاعل المتسلسل, المفاعل, الطاقة, الوقود المستنفد
• تخصيب U-235 0.7 % (طبيعي), 3 %, 5 %, 20 %, 90 %
• المهدئ بدون, ماء, ماء ثقيل, غرافيت
• إدخال قضبان التحكم 0–100 %
• حجم القلب (نسبي) 1–10

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يستطيع اليورانيوم الطبيعي إدامة تفاعل متسلسل مع الغرافيت أو الماء الثقيل ولا يستطيع ذلك مع الماء العادي؟
2. ماذا يحدث لعدد النيوترونات في كل جيل عندما يكون k أكبر من 1 بقليل؟
3. لماذا يجب الاستمرار في تبريد المفاعل بعد إيقافه؟