Здесь n — среднее число вторичных (быстрых) нейтронов, возникающих при делении ядра 235 U тепловыми нейтронами, e — коэффициент размножения на быстрых нейтронах (увеличение числа нейтронов за счёт деления ядер, главным образом ядер 238 U, быстрыми нейтронами); j — вероятность того, что нейтрон не захватится ядром 238 U в процессе замедления, u — вероятность того, что тепловой нейтрон вызовет деление. Часто пользуются величиной h = n/(l + a), где a — отношение сечения радиационного захвата sр к сечению деления sд .
Условие (1) определяет размеры Я. р. Например, для Я. р. из естественного урана и графита n
Величина n известна для тепловых нейтронов с точностью 0,3% (табл. 1). При увеличении энергии xn нейтрона, вызвавшего деление, n растет по закону: n = nt + 0,15xn (xn в
Табл. 1. — Величины n и h) для тепловых нейтронов (по данным на 1977)
| 233 U | 235 U | 239 Pu | 241 Pu |
| n 2,479 | 2,416 | 2,862 | 2,924 |
| h 2,283 | 2,071 | 2,106 | 2,155 |
Величина (e—1) обычно составляет лишь несколько %, тем не менее роль размножения на быстрых нейтронах существенна, поскольку для больших Я. р. (
Максимально возможное значение J достигается в Я. р., который содержит только делящиеся ядра. Энергетические Я. р. используют слабо обогащенный уран (концентрация 235 U ~ 3—5%), и ядра 238 U поглощают заметную часть нейтронов. Так, для естественной смеси изотопов урана максимальное значение nJ
Вероятность резонансного захвата нейтронов ядрами 238 U в процессе замедления (1—j) существенно снижается в гетерогенных Я. р. Уменьшение (1 — j) связано с тем, что число нейтронов с энергией, близкой к резонансной, резко уменьшается внутри блока топлива и в резонансном поглощении участвует только внешний слой блока. Гетерогенная структура Я. р. позволяет осуществить цепной процесс на естественном уране. Она уменьшает величину О, однако этот проигрыш в реактивности существенно меньше, чем выигрыш из-за уменьшения резонансного поглощения.
Для расчёта тепловых Я. р. необходимо определить спектр тепловых нейтронов. Если поглощение нейтронов очень слабое и нейтрон успевает много раз столкнуться с ядрами замедлителя до поглощения, то между замедляющей средой и нейтронным газом устанавливается термодинамическое равновесие (термализация нейтронов), и спектр тепловых нейтронов описывается
Выгорание и воспроизводство ядерного топлива . В процессе работы Я. р. происходит изменение состава топлива, связанное с накоплением в нём осколков деления (см.
Образование трансурановых элементов в Я. р. происходит по схемам:
Здесь з означает захват нейтрона, число под стрелкой — период полураспада.
Накопление 239 Pu (ядерного горючего) в начале работы Я. р. происходит линейно во времени, причём тем быстрее (при фиксированном выгорании 235 U), чем меньше обогащение урана. Затем концентрация 239 Pu стремится к постоянной величине, которая не зависит от степени обогащения, а определяется отношением сечений захвата нейтронов 238 U и 239 Pu
Выгорание ядерного топлива характеризуют суммарной энергией, выделившейся в Я. р. на 1
При выгорании ядерного топлива реактивность Я. р. уменьшается (в Я. р. на естественном уране при малых выгораниях происходит некоторый рост реактивности). Замена выгоревшего топлива может производиться сразу из всей активной зоны или постепенно по ТВЭЛ'ам так, чтобы в активной зоне находились ТВЭЛ'ы всех возрастов — режим непрерывной перегрузки (возможны промежуточные варианты). В первом случае Я. р. со свежим топливом имеет избыточную реактивность, которую необходимо компенсировать. Во втором случае такая компенсация нужна только при первоначально с запуске, до выхода в режим непрерывной перегрузки. Непрерывная перегрузка позволяет увеличить глубину выгорания, поскольку реактивность Я. р. определяется средними концентрациями делящихся нуклидов (выгружаются ТВЭЛ'ы с минимальной концентрацией делящихся нуклидов). В табл. 2 приведён состав извлекаемого ядерного топлива (в
Табл. 2. — Состав выгружаемого топлива,
| | 235 U 640 | 239 Tu 420 | 236 U 360 | 240 Pu 170 |
| 241 Pu 70 | 237 Np 39 | 212 Pu 30 | 238 Pu 14 | 241 Am 13 |
| 231 U 10 | 243 Am 8 | 244 Cm 2 | Более тяжёлые изотопы 0,2 | Осколки 2821 (в т. ч. отделения 235 U—1585) |
Общая масса загруженного топлива на 3
Коэффициентом конверсии
Для управления Я. р. служит система управления и защиты (СУЗ). Органы СУЗ делятся на: аварийные, уменьшающие реактивность (вводящие в Я. р. отрицательную реактивность) при появлении аварийных сигналов; автоматические регуляторы, поддерживающие постоянным нейтронный поток Ф (а значит — и мощность); компенсирующие (компенсация отравления, выгорания, температурных эффектов). В большинстве случаев это стержни, вводимые в активную зону Я. р. (сверху или снизу) из веществ, сильно поглощающих нейтроны (Cd, В и др.). Их движение управляется механизмами, срабатывающими по сигналу приборов, чувствительных к величине нейтронного потока. Для компенсации выгорания могут использоваться выгорающие поглотители, эффективность которых убывает при захвате ими нейтронов (Cd, В,
Я. р. оснащается системой приборов, информирующих оператора о состоянии Я. р.: о потоке нейтронов в разных точках активной зоны, расходе и температуре теплоносителя, уровне
Классификация Я. р. По назначению и мощности Я. р. делятся на несколько групп: 1)
Рис. 1. Продольный разрез реактора Института атомной энергии имени И. В. Курчатова: 1 — активная зона; 2 — загрузочное устройство; 3 — вода-теплоноситель; 4 — радиационная защита; 5 — приводы системы дистанционного управления; 6 — напорный и всасывающий трубопроводы.
Рис. 2. Сборка гетерогенного реактора
Схема образования трансурановых элементов в ядерном реакторе.
Ядерный фотоэффект
Я'дерный фотоэффе'кт, то же, что
Ядовитые животные
Ядови'тые живо'тные, содержат в организме постоянно или периодически вещества, токсичные для особей других видов. Введённый даже в малых дозах в организм другого животного яд вызывает болезненные расстройства, а иногда — смерть. Всего существует около 5 тыс. видов Я. ж.: простейших — около 20, кишечнополостных — около 100, червей — около 70, членистоногих — около 4 тыс., моллюсков — около 90, иглокожих — около 25, рыб — около 500, земноводных — около 40, пресмыкающихся — около 100, млекопитающих — 1 вид. В СССР — около 1500 видов. Из Я. ж. наиболее изучены змеи, скорпионы, пауки, жуки-нарывники и некоторые др.; наименее — земноводные, рыбы, моллюски и кишечнополостные. Одни из Я. ж. имеют особые железы, вырабатывающие яд, другие содержат токсические вещества в тех или иных тканях тела. У части животных имеется ранящий аппарат (так называемые вооружённые Я. ж.), способствующий введению яда в тело врага или жертвы. У простейших (например, инфузорий) это трихоцисты, у кишечнополостных (гидры, актинии, медузы) — стрекательные клетки, у «жгучих» гусениц — на теле одноклеточные кожные железы с колющими хрупкими волосками, у ряда членистоногих (скорпионов, пчёл, ос) — многоклеточные кожные железы, связанные с жалом, а у рыб — такие же железы, соединённые с шипами на плавниках (например, скорпеновые) и жаберных крышках (морские дракончики). У многих животных (многоножки, пауки, некоторые двукрылые, клопы, а также змеи) ядовитые железы связаны с ротовыми органами, и яд вводится в тело жертвы при укусе или уколе. Вооружённым Я. ж. яд служит для защиты и для нападения. У Я. ж., имеющих ядовитые железы, но не имеющих специального аппарата для введения яда в тело жертвы, например у земноводных (саламандр, тритонов, жаб и др.), железы расположены в различных участках кожи; при раздражении животного яд выделяется на поверхность кожи и действует на слизистые оболочки хищника. У Я. ж., не имеющих специальных ядовитых желёз, ядовитость вызвана свойствами тех или иных тканей. Она оказывает влияние только при поедании этих животных другими. Ядовиты могут быть половые железы (у некоторых жуков и кольчатых червей), а также икра ряда рыб (усачей, маринок), сыворотка крови (например, угря, мурены, скатов). Многие внутренние паразиты животных также являются Я. ж. Например, паразитические круглые черви анкилостомиды выделяют токсические вещества, растворяющие эритроциты.
Яд при поступлении в организм прежде всего оказывает местное действие, а по мере всасывания сказывается и общее его влияние на организм. В одних случаях местное действие очень сильное, а общее — слабое (ужаливание пчелы), в других — наоборот (укус кобры). Местное действие проявляется в отёке в области укуса, сильной боли, образовании пузырей, разрушении ткани (некроз) и пр. Общее действие обычно сказывается на нервной системе, сердечно-сосудистой и др. и проявляется в параличе сердца, дыхательного центра, в воспалении почек, свёртывании крови и пр., что иногда приводит к смертельному исходу. Например, укус самки каракурта вызывает тяжёлую, местную и общую реакции; последняя проявляется в возбуждении, судорогах, частичном параличе и иногда кончается гибелью пострадавшего. Действие некоторых ядов буквально молниеносно.
Так, у гусеницы сразу наступает паралич, как только жало ядовитой осы аммофилы проколет узел нервной цепочки; мышь погибает через 3—4
Водные ядовитые животные: рыба-хирург.
Наземные ядовитые животные: 1 — ядозуб; 2 — обыкновенный щитомордник; 3 — песчаная эфа.
Голова гремучей змеи: 1 — железа, вырабатывающая яд; 2 — ядовитые зубы с каналом для стока яда; 3 — мышца, выдавливающая из железы яд; 4 — глаз; 5 — язык; 6 — дыхательное отверстие трахеи; 7 — складка слизистой оболочки десны, охватывающая зуб.
Морской дракончик: 1 — луч-колючка спинного плавника; 2 — жаберная крышка с колючкой.
Водные ядовитые животные: крылатка.
Хвостокол, или морской кот, ранящий человека, и его шип.
Водные ядовитые животные: 1 — бородавчатка; 2 — морской дракончик; 2а — он же, закопавшийся в грунт.
Наземные ядовитые животные: 1 — огненная саламандра; 2 — краснобрюхая жерлянка; 3 — зелёная жаба.
Водные ядовитые животные: собака-рыба.
Наземные ядовитые животные: 1 — тарантул; 2 — гусеница златогузки; 3 — телифон; 4 — каракурт; 5 — жук-нарывник.
Наземные ядовитые животные: 1 — древесная лягушка; 2 — лягушка-древолаз; 3 — она же, другой окраски.
Наземные ядовитые животные: полосатый гремучник.
Водные ядовитые животные: 1 — медуза хиронекс; 2 — медуза гонионема; 3 — сифонофора физалия, или португальский кораблик; 4 — медуза корнерот; 5 — медуза цианея; 6 — морской ёж диадема; 7 — морской кот; 8 — маринка.
Медуза крестовик и её стрекательные клетки: а — в покоящемся состоянии; б — с выстреленной стрекательной нитью; 1 — ядро; 2 — капсула; 3 — чувствительный волосок; 4 — стрекательная нить; 5 — шипы.
Оса крабро и её ядовитый аппарат: 1 — ядовитая железа; 2 — жало.
Водные ядовитые животные: 1 — зелёная гидра; 2 — моллюск конус.
Наземные ядовитые животные: 1 — жук-педерус; 2 — шершень; 3 — шпанская мушка; 4 — медоносная пчела.
Паук каракурт: 1 — самка; 2 — самец; 3 — хелицеры (верхние челюсти самки); 4 — крючки хелицер; 5 — ядовитые железы.
Водные ядовитые животные: мускусный осьминог.
Водные ядовитые животные: 1 — лошадиная актиния; 2 — морской ёж токсопнейстес.
Наземные ядовитые животные: 1 — гюрза; 2 — капская гадюка.
Наземные ядовитые животные: западная мамба.
Наземные ядовитые животные: 1 — сколопендра; 2 — скорпион.
Наземные ядовитые животные: 1 — пама; 2 — кобровый аспид; 3 — очковая змея.
Ядовитые растения
Ядови'тые расте'ния , растения, вырабатывающие и накапливающие в процессе жизнедеятельности яды. Вызывают отравления животных и человека. В мировой флоре известно более 10 тыс. видов Я. р., главным образом в тропиках и субтропиках, много их и в странах умеренного и холодного климатов; в СССР около 400 видов. Я. р. встречаются среди грибов, хвощей, плаунов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений. В странах умеренного климата наиболее широко они представлены в семействе лютиковых, маковых, молочайных, ластовневых, кутровых, паслёновых, норичниковых, ароидных. Многие растительные яды в небольших дозах — ценные лечебные средства (морфин, стрихнин, атропин, физостигмин и др.).
Основные действующие вещества Я. р. — алкалоиды, гликозиды (в том числе сапонины), эфирные масла, органические кислоты и др. Они содержатся обычно во всех частях растений, но часто в неодинаковых количествах, и при общей токсичности всего растения одни части бывают более ядовиты, чем другие. Например, у веха ядовитого, видов аконита, чемерицы особенно ядовито корневище, у картофеля — цветки, болиголова — плоды, у софоры, куколя, гелиотропа — семена, у наперстянки — листья. Некоторые растительные яды накапливаются и образуются только в одном органе растения (например, гликозид амигдалин — в семенах горького миндаля, вишни, сливы). Бывает, что некоторые части Я. р. неядовиты (например, клубни картофеля, кровелька семян тисса, семена мака снотворного). Содержание ядовитых веществ в растениях зависит от условий произрастания и фазы развития растения. Как правило, Я. р., растущие на Ю., накапливают действующих веществ больше, чем произрастающие на С. Одни растения более токсичны перед зацветанием, другие — в период цветения, третьи — при плодоношении. Наиболее ядовиты растения в свежем виде. При высушивании, отваривании, силосовании токсичность может снижаться, а иногда утрачивается совсем. Однако у большинства Я. р. токсичность сохраняется и после переработки, поэтому примесь их в фураже нередко бывает источником сильных отравлений с.-х. животных (при силосовании трав с примесью чемерицы алкалоиды из последней выщелачиваются, пропитывают силосную массу и делают её ядовитой). Животные, как правило, не поедают Я. р., однако при бескормице и весной после длительного стойлового содержания они с жадностью поедают свежую зелень, в том числе и Я. р. (часты отравления животных, перевезённых в районы, где встречаются незнакомые для них Я. р.). Растений, обладающих абсолютной ядовитостью, в природе, по-видимому, не существует. Например, белладонна и дурман ядовиты для человека, но безвредны для грызунов, кур, дроздов и других птиц, морской лук, ядовитый для грызунов, безвреден для других животных, пиретрум ядовит для насекомых, но безвреден для позвоночных и т. д. Обычно отравление Я. р. происходит при попадании растений через рот, органы дыхания (при вдыхании пылевидных частиц Я. р. или выделяемых ими летучих веществ), а также через кожу в результате соприкосновения с Я. р., их соками. Отравления людей через дыхательные пути обычно относят к профессиональным; наблюдаются у сборщиков хмеля, столяров при работе с некоторыми видами древесины (например, древесиной бересклета), людей, имеющих дело с лекарств, растениями (например, с белладонной, секуринегой, лимонником и т. п.). Реже наблюдаются бытовые отравления летучими веществами, выделяемыми Я. р. Большие букеты магнолий, лилий, черёмухи, мака, тубероз могут вызвать недомогание, головокружение, головную боль. Нередки отравления детей соблазнительными на вид ядовитыми плодами. Отравление после поедания Я. р. может проявиться через несколько минут, например после употребления хвои тисса, в других случаях — через несколько дней и даже недель. Некоторые Я. р. (например, хвойник) могут быть ядовиты лишь при длительном их употреблении, т. к. действующие начала их в организме не разрушаются и не выводятся, а накапливаются. Большинство Я. р. одновременно действуют на различные органы, однако какой-то орган или центр обычно бывает поражен сильнее. По действию на организм животных различают Я. р., вызывающие поражение: центральной нервной системы (виды аконита, безвременника, белены, болиголова, ветренницы, веха и др.), сердца (виды ландыша, наперстянки, обвойника и др.), печени (виды гелиотропа, крестовника, люпина и др.), одновременно органов дыхания и пищеварения (горчица полевая, желтушник левкойный, триходесма седая) и т. д. В профилактике отравлений Я. р. человека важное значение имеет санитарное просвещение населения; животных — уничтожение Я. р. на пастбищах. Многие растительные яды в небольших (так называемых терапевтических) дозах применяются как лекарственные средства (например, сердечные гликозиды, получаемые из наперстянки и ландыша, атропин — из белены). Из некоторых Я. р. получают инсектициды (например, пиретрум — 113 ромашки далматской).
Ядовитые растения: 1 — красавка беладонна; 2 — скополия карниолийская (2а — плод); 3 — вех ядовитый (3а — корневище в разрезе, 3б — цветок, 3в — плод).