Помощь! 8-летний ребенок спросил меня, как построить атомную электростанцию ​​[закрыто]

Я действительно хотел бы дать объяснение, подобное этому .

Вот мой текущий рецепт:

(i) Добывать уран, например, взять камень отсюда (фото уранового рудника в Казахстане).

(ii) Поместите камень в воду. Потом вода становится горячей.

(iii) [Эффективный способ объяснить, что мы закончили с вопросом]

Это кажется неправильным, иначе урановая шахта взорвется всякий раз, когда идет дождь. Нужно ли сначала модифицировать камень? Нужен ли мне какой-то источник нейтронов, кроме самой породы, чтобы запустить реакцию?

Как только у меня будет конкретное и правильное описание того, как это происходит на самом деле, я думаю, что смогу добавить подробности о цепных реакциях и т. д. если ребенку все равно будет интересно узнать больше.

есть еще термоядерные реакторы, тяжеловато для 8 летнего youtube.com/watch?v=O5_WvmQiqz0
Я согласен с @annav: даже если вы объясните это как можно проще и с минимальным количеством деталей, вполне вероятно, что обычный 8-летний ребенок этого не поймет ... Может быть, подождать еще несколько лет;)
Когда вы дойдете до той части, где вы хотите объяснить цепную реакцию, вы можете найти впечатляющее наглядное пособие в Google для «мышиных ловушек» и «шариков для пинг-понга».
Этот вопрос напоминает мне саб ELI5 Reddit .
Не делайте еще одного Дэвида Хана !
Добро пожаловать в клуб. В 9 лет мой сын попросил меня объяснить разницу между атомной электростанцией и атомной бомбой >;-)
@smirkingman Есть разница?
@wizzwizz4 Да. Скорость, с которой они выделяют энергию (мощность), различна.
@Michael Вот почему правительства рассматривают возможность их строительства! Они не взрываются !
Пора печатать детскую книжку с картинками из Чернобыля. duckduckgo.com/?q=chernobyl&t=ffsb&iax=1&ia=images (сначала я подумал, что это сайт для родителей.)
Возможно, вам будет интересна книга Рэндалла Манро « Объяснение вещей: сложные вещи простыми словами» . Он объясняет повседневные вещи (включая ядерную энергетику) тысячей самых распространенных слов, так что для понимания не требуется большого словарного запаса. Удобно, что Атомная Электростанция (или Электростанция Тяжелого Металла, как она называется в книге) доступна в бесплатной предварительной версии Amazon, так что вы можете проверить ее.
Если вы можете позволить себе купить около сотни мышеловок и вдвое больше шариков для пинг-понга, вы можете имитировать цепную реакцию на полу.

Ответы (5)

Все сделано из крошечных вещей, называемых атомами. Все атомы имеют крошечную центральную часть, называемую ядром. Некоторые атомы имеют необычный тип ядра, которое время от времени случайным образом взрывается, разбрасывая крошечные кусочки во всех направлениях. Обычно эти крошечные кусочки просто подпрыгивают, пока не присоединятся к другому атому. Однако, если у вас есть несколько взрывающихся ядер правильного типа вместе, взрывающиеся части одного ядра могут столкнуться с другими взрывающимися ядрами и заставить их взорваться немедленно, затем эти части поразят еще больше взрывающихся ядер, и вы получите цепную реакцию. вроде домино.

Чтобы сделать ядерный реактор, вы выкапываете кучу камней с нужным типом взрывающихся атомов и тщательно удаляете многие другие атомы, чтобы взрывающиеся атомы были достаточно близко друг к другу, чтобы вызвать цепную реакцию, затем вы помещаете их в воду. *. Все взрывающиеся ядра выделяют много тепла, от которого вода кипит. Пар вращает вентилятор, который вращает магнит и вырабатывает электричество. Вы должны быть очень осторожны, чтобы не соединить вместе слишком много частей со взрывающимися атомами, иначе атомы взорвутся слишком быстро, и реактор станет слишком горячим.

*Если вы хотите углубиться в детали, вы можете объяснить, что взрывающиеся частицы летят так быстро, что обычно проходят сквозь другие атомы, в мультяшном стиле, если только у вас нет других атомов, таких как те, что находятся в воде (модератор) , чтобы они отскакивали и замедлялись. Вы могли бы также объяснить, что в реакторах используются «стержни управления», состоящие из атомов, которые легко поглощают взрывающиеся частицы и поэтому замедляют цепную реакцию. Так что, если они протолкнут стержни управления дальше в реактор, цепная реакция еще больше замедлится.

Если вы хотите включить больше терминологии:

Камни = Урановая руда

Удаление всех остальных атомов = обогащение

Взрыв ядра = ядерное деление

Взрывающиеся атомы = радиоактивные атомы (часто уран)

Взрывающиеся части = нейтроны (и некоторые другие частицы)

Вентилятор = турбина

Я бы добавил, что разные ядра имеют разный размер, и взрывающиеся ядра обычно самые большие.
Вы знаете... Может быть книга , в которой ядерный реактор объяснен в этой форме. Я должен найти свою книгу и проверить.
@ Нельсон, не совсем это объяснение, но да, у Рэндала есть реактор в его книге. Вы можете увидеть его объяснение, если зайдете на Amazon и воспользуетесь опцией «заглянуть внутрь» (ссылка над обложкой книги в левой части страницы); это страница книги 3 (страница 6, считая ненумерованные страницы, которые также показывает Amazon).
Ядерный распад — это не взрыв. Я предполагаю, что вы используете этот термин, чтобы заглушить его, но я думаю, что это может создать путаницу, которая может больше затруднить понимание, чем улучшить его.
@JimmyJames Не могли бы вы объяснить, какая особенность «взрыва» концептуально отличается от ядерного распада таким образом, что это препятствует пониманию ядерного распада на 8-летнем уровне? Мне также было бы интересно узнать, что, по вашему мнению, было бы более уместно с педагогической точки зрения.
Я понимаю, к чему вы клоните, но я думаю, что в этой аналогии есть пара проблем. Во-первых, как хорошо известно, ядерное деление может привести к реальному взрыву, поэтому сразу возникает вероятность путаницы. Другая главная проблема заключается в том, что деление — это взрыв, а синтез — имплозия. Значит, взрывающиеся атомы вызывают большой взрыв, а взрывающиеся атомы вызывают еще больший? Наконец, уран излучает некоторую энергию, чтобы стать... ураном. Как насчет горячих углей? Они излучают энергию и могут вызвать воспламенение других вещей.

Это кажется неправильным, иначе урановая шахта взорвется всякий раз, когда идет дождь.

Естественный ядерный «реактор», вероятно, существовал в Окло, Габон .

Естественный ядерный реактор образовался, когда богатое ураном месторождение полезных ископаемых было затоплено грунтовыми водами, которые действовали как замедлитель нейтронов, и произошла цепная ядерная реакция. Тепло, выделяющееся при ядерном делении, вызвало выкипание грунтовых вод, что замедлило или остановило реакцию.

Нужно ли сначала модифицировать камень?

Нет, вам просто нужно достаточное количество подходящего камня в непосредственной близости.

В настоящее время на нашей планете большая часть правильной породы (содержащей много U235 ) превратилась в неправильную породу (в основном U238 и U234) в результате естественного процесса ядерного распада.

Так что вам нужно отделить правильный материал (ядерное топливо) от вашей породы. Это делается с помощью сложного процесса (газовая центрифуга).

Нужен ли мне какой-то источник нейтронов, кроме самой породы, чтобы запустить реакцию?

Камень производит нейтроны. Обычно вам нужен замедлитель , чтобы замедлить нейтроны, подойдет и вода.

Обратите внимание, что последний раз природный реактор Окло был активен ~ 2 млрд лет назад. Уран-235, который может стать критическим при погружении в воду, имеет более короткий срок службы, чем U-238, поэтому весь природный уран теперь «менее обогащен» U-235, чем в прошлом, и естественный реактор на Земле больше невозможен. . Это подпадает под определение «вам нужно отделить правильный вид камня». Как это делается на практике --- центрифужное разделение UF 6 газа по массе урана --- достаточно далеко от "перемалывания камня", чтобы оправдать место в объяснении.
@rob: я начал обновлять свой ответ, но понял, что недостаточно хорошо в этом разбираюсь. Нужны ли газовые центрифуги, если вы не делаете бомбу? Я читал , что природного урана достаточно для электростанций (но я не знаю, как перерабатывается руда) - возможно, вы могли бы обновить мой ответ (если хотите, я могу сделать его вики сообщества) или написать другой (я могу удалить это один, если ваш ответ будет суперсетом)
Естественный реактор будет использовать природную воду ( ЧАС 2 О ); по вашей ссылке реактор на природном уране должен использовать тяжелую воду , Д 2 О , или графит для замедления нейтронов. (Однако вы не можете использовать карандашный графит, который обычно загрязнен бором.)
@RedGrittyBrick да, для практических целей. Природный уран содержит менее 1% U-235. В реакторах деления используется уран, обогащенный примерно 5% U-235, в то время как материал для бомб обычно обогащен до 80%, 90% или более. Так что есть огромная разница в степени обогащения, но процесс тот же, и причина его та же.
Газовые центрифуги @RedGrittyBrick — лучший способ его обогащения; но Манхэттенский проект также внедрил два других метода во время Второй мировой войны: электромагнитное разделение с помощью циклотронов и газовую термическую диффузию, хотя IIRC количество времени, необходимое каскадам для последнего, чтобы достичь равновесия, было достаточно большим, чтобы он использовался только для производства умеренно обогащенный уран в качестве сырья для других процессов.

РИТЭГ

Описанный подход отражает https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator устройства, используемые для выработки энергии, например, в космических зондах — просто возьмите радиоактивный материал и извлеките энергию из его распада, без необходимости контролировать цепную реакцию или что-то такое.

Что ж, если у вас действительно предприимчивый ребенок, вы можете следовать рецепту радиоактивного бойскаута .

...и увлекся идеей создания реактора-размножителя у себя дома. Хан старательно собирал этот радиоактивный материал, собирая небольшие количества из предметов домашнего обихода, таких как америций из детекторов дыма, торий из кожухов кемпинговых фонарей, радий из часов и тритий (нейтронный замедлитель) из прицелов. Его «реактор» представлял собой расточенный свинцовый блок, и он использовал литий из купленных батарей стоимостью 1000 долларов для очистки ториевой золы с помощью горелки Бунзена.

Хан выдавал себя за взрослого ученого или школьного учителя, чтобы завоевать доверие многих профессионалов в письмах, несмотря на наличие опечаток и явных ошибок в его письмах к ним. В конечном итоге Хан надеялся создать реактор-размножитель, используя низкоактивные изотопы для преобразования образцов тория и урана в делящиеся изотопы.

Хотя его самодельный реактор так и не приблизился к критической массе, он в конечном итоге излучал опасные уровни радиации, вероятно, более чем в 1000 раз превышающие нормальный фоновый уровень.

Однако то, что касается трития, кажется подозрительным и, вероятно, неверным.

+1 за интересную ссылку, но почему подозревается тритиевая часть? На самом деле он используется в прицелах, см. en.wikipedia.org/wiki/Tritium_illumination .
Тритий чрезвычайно трудно удержать (будучи газом), и когда он ограничен, энергия распада обычно не может проникнуть в контейнер. Вот почему оборудование на основе трития, как правило, безопасно, если только вы не сломаете контейнер и не съедите его содержимое. То, что, вероятно, является более точным отчетом, находится здесь: опасныелаборатории.org/ radscout.html

Возможно, вам придется объяснить концепцию цепной реакции, по крайней мере, достаточно, чтобы объяснить, почему камни не взрываются. Каждое событие деления урана генерирует нейтроны. Это происходит естественным образом с небольшой скоростью или также может быть вызвано попаданием нейтрона в атом урана. Чем плотнее упакован уран, тем больше происходит деления (это радикально упрощается, пропуская вопросы скоростей нейтронов, но достаточно хорошо, чтобы расширить это позже). Камни с более низкой плотностью урана действительно нагревают воду, но не до такой степени, как концентрированный уран. Чем больше объем урана, тем больше нейтронов попадает в другие атомы урана. Чем больше урана в объеме, тем больше нейтронов попадает в другие атомы урана. Вот почему мы обогащаем уран для использования в реакторах.

Затем вы можете показать им этот пример того, как выглядят цепные реакции .

Помощь! 8-летний ребенок спросил меня, как построить атомную электростанцию ​​[закрыто]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v