●
Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
55
арқылы анықталады. p(0)=Σ болғандықтан, x өте аз шама болған кезде нейтрондар мен нысана ядро-
ларының реакция ықтималдық тығыздығы Σ арқылы анықталатынын көруге болады. Төменде 1-
суретте көрсетілгендей нейтрон мен ядроның реакция қимасының сұлбасы арқылы ядроның реакция
қимасының өрнегін қорытып шығарамыз.
1-сурет. Нейтрондардың нысана ядроларымен реакциялану қимасының сұлбасы
Нысананың көлденең қимасының ауданына S бірлік уақытта түсетін нейтрондар ағыны ϕ болса,
онда нысана ауданына бірлік уақытта жетіп келетін нейтрондар саны n=ϕS болады. Нысананың бірлік
көлеміндегі ядролар саны N болсын. Нысананың қалыңдығы dx өте жұқа болып, алдыңғы ядро
кейінгі ядроны жасырмайтындай болғанда, бетке келіп түскен нейтрондар жұқа бет ішіндегі барлық
NSdx ядроларды көре алатын болады.
Егер әрбір ядроның реакция қимасы σ болып, осы аумаққа келіп түскен нейтрондар нысана яд-
росымен реакция тудырады десек, онда бірлік уақытта пайда болатын реакциялар саны R мен реак-
ция ықтималдығын төмендегідей сипаттауға болады:
S
R
S
NSdx
.
(5)
(5) - өрнектен реакция қимасын σ төмендегідей есептеуге болады.
NSdx
R
=
(6)
Реакция қимасы дегеніміз нысана бетіне түскен бір нейтронның нысана ішіндегі бір ядромен
реакцияға түсу ықтималдығы болып табылады. Реакция қимасының өлшем бірлігі – «барн». 1 барн =
10
-24
см
2
. Бұл жерде көңіл бөлуге тиісті бір мәселе реакция қимасының өлшем бірлігі геометриялық
ауданның өлшем бірлігімен бірдей болғанымен, шындығында олар бір-біріне ұқсамайтын екі түрлі
ұғым болып табылады. Сондықтан, сандық мәні жағынан айтқанда реакция қимасы геометриялық
қимадан үлкен болуы да, кіші болуы да мүмкін.
Реакцияның дифференциалдық және интегралдық қимасы (7), (8) өрнекте көрсетілген.
Дифференциалдық қима:
Nd
dn
d
d
'
)
,
(
(7)
●
Технические науки
56
№2 2016 Вестник КазНИТУ
Интегралдық қима:
2
0
0
sin
)
(
'
d
d
N
n
(8)
Реакцияның микроскопиялық қимасын төмендегідей бірнеше түрге жіктеуге болады:
Шашырау қимасы σ
s
Қармау қимасы σ
с
=σ
γ
Бөліну қимасы σ
f
Жұту қимасы σ
a
= σ
f
+σ
c
Толық қимасы σ
t
= σ
s
+ σ
a
= σ
s
+ σ
f
+ σ
c
Нейтрон мен нысана ядросының соқтығысуы барысындағы шашырау реакциясы серпімді
шашырау және серпімсіз шашырау болып екіге бөлінеді. Серпімді шашырау барысында импульстің
және энергияның сақталу заңы орындалады, және нысана ядроның энергия деңгейінің күйінде өзгеріс
болмайды. Соқтығысудан кейін нейтронның қозғалыс бағыты өзгереді. Серпімсіз соққы да серпімді
соққыға ұқсас, тек ұқсамайтын жері нысана ядросының энергия деңгейінде өзгеріс болады (біраз
көтеріледі). Соқтығысудан кейін нейтронның энергиясы кеміп, қозғалыс бағыты өзгереді.
Нейтронды қармау реакция барысында нейтрон нысана ядросында жұтылады (қармалады) да,
нысана ядросының энергия деңгейі көтеріледі (қозады). Бұл түрдегі реакция барысында ядро үнемі β
және γ сәулелерін шығара отырып ыдырайды. Мұндай реакция реактор ішінде нейтрондардың
жоғалуына себепші болғанымен, керісінше, реактор ішінде жаңа ядролық отынды тудыртын
артықшылықтары да бар. Мысалы, төмендегі реакцияны алуға болады.
U
238
+ n→U
239
(β
-
) →Np
239
(β
-
)→Pu
239
(9)
Th
232
+ n→Th
233
(β
-
)→Pa
233
(β
-
)→U
233
(10)
Жоғарыдағы (9), (10) өрнекте U
238
, Th
232
ядролық отын болмағанымен, олар нейтронды қармау
арқылы реакторда жаңа ядролық отын Pu
239
, U
233
пайда болады.
Бөліну реакциясы барысында нейтрон нысана ядросында жұтылған соң нысана ядросы басқа
екі түрлі ядроға бөлінеді, және 2-3 нейтрон мен өте көп энергия бөліп шығарады. Алайда, нейтрон
мен ядроның соқтығысуы әсерінен барлық ядроларда бөліну реакциясы жүрмейді. Төмен энергиялы
(жылулық) нейтрондармен ядролық бөліну реакциясын пайда қылатын табиғатта бар жалғыз ядро тек
235
U ғана. Әрине, (9) және (10) өрнектегі сияқты бөлінетін ядроларды Pu
239
және U
233
реактор ішінде
жасанды жолмен өндіруге болады.
2-сурет. Нейтрон энергиясының U
235
реакция қимасына әсері
●
Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
57
Төмендегі 2-суретте нейтрон энергиясының U
235
ядросының реакция қимасына болған әсері
көрсетілген. Нейтрон энергиясы 1 эВ-тан төмен аумақта бөліну реакциясының қимасы нейтрон энерги-
ясының квадрат түбіріне кері пропорционал түрде азаяды. 1 эВ ~ 500 эВ дейінгі аумақта реакция қима-
сында үлкен ауытқулар қайталанады. Мұны резонанс деп атайды. Нейтрон энергиясы құрама ядроның
қозу деңгейінің энергиясымен бірдей болғандықтан, бөліну реакциялары оңай жүреді. Нейтрон энергиясы
артқан сайын резонанс қимасы шыңының биіктігі біртіндеп азайып, энергияның ені де кеңейе түседі. 1
кэВ-тан жоғары аумақты резонанс қимасы бір-бірімен қабаттасу нәтижесінде реакция қимасының өзгерісі
біртіндеп азая береді. Нейтрон энергиясы 1 МэВ-тан асқан кезде ядролық бөліну қимасы бұрынғыдай
кемімей, керісінше арта түседі. Уран-235 ядросының бөлінуі кезінде пайда болатын жаңа өнімдері
нейтрон қармаудың әртүрлі жылулық және резонанстық қималарына ие болады. Егер аталған қималар өте
үлкен болса, онда мұндай бөліну өнімдері нейтрондарды көп жұтатындықтан реактордың қалыпты
жұмысына әсерін тигізеді. Сондықтан реактор отынын жобалау кезінде пайда болған жаңа өнімдерінің
реактордың қалыпты жұмысына тигізетін әсерін білуге тура келеді. Сол себепті, нысана ядросының реак-
ция қимасы реактор жұмысындағы маңызды мәселе болып табылады.
ӘДЕБИЕТТЕР
[1]. Бать Г.А. Иследовательские ядерные реакторы.-М.: Атомиздат, 1972. 13-43 б.
[2]. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы.-М.: Энергоатомиздат, 1990. 12-127 б.
[3]. Займовский А.С. Тепловыделющие элементы атомных реакторов.-М.: Госатомиздат, 1962. 20-57 б.
[4]. Ионайтис Р.Р., Стобецкий В.Н. Гидравлика СУЗ ядерных реакторов.-М.: Атомиздат, 1972. 5-57 б.
[5]. Кап Ф. Физика и техника ядерных реакторов. Пер. с нем. Б.А.Буйницкого. Под. ред. канд. физ-
мат.наук Г.А.Быть.-М.: Изд. иностр. лит, 1960. 15-125 б.
[6]. Карпов В.А. Физические расчеты газоохлаждаемых реакторов.-М.: Энергоатомиздат, 1988. 9-16 б.
[7]. Кочуров Б.П. Численные методы в теории гетерогенного реактора.-М.: Атомиздат, 1980. 23-45б.
[8]. Левин В.И. Ядерные реакторы.-М.: Госатомиздат, 1963. 116-202 б.
[9]. Материалы для ядерных реакторов. Пер. с анг. Под. ред. Ю.Н.Сокурского.-М.: Госатомиздат,
1963.18-67 б.
[10]. Миллер В.С. Атомная энергетика и ее будущее. Киев, «Наукова думка», 1967. 115-213 б.
[11]. Петросьянц А.М. Атомная энергетика зарубежных стран. США, Канада, Великобритания, Фрна-
ция,ФРГ, Италия, Швеция, Швейцария, Япония.-М.: Атомиздат, 1974.
[12]. Пустовалов Г.Е. Атомная и ядерная физика.-М.: Изд-во Москов. Ун-та, 1990. 67-89 б.
[13]. И.Н.Бекман. Ядерная индустрия. Курс лекций. 2008.5-27б
[14]. Усынин Г.Б., Карабасов А.С., Чирков В.А. Оптимизационные модели реакторов на быстрых
нейтронах. - М.: Атомиздат.31б
[15]. Лейпунский А.И. Применение ядерной физики в смежных областях науки и народном хозяйстве.
//УФН -1968- т. 95.-вып. 1. -С.15-23.
[16]. Курсив kz. 12 государств Евросоюза подтвердили важность развития ядерной энергетики.
(http://www.kursiv.kz)
[17]. K. H. Guber, et al., Neutron Cross Section Measurements at the Spallation Neutron Source, Int. Conf. on
Nuclear Data for Science and Technology, Tsukuba (JP), 7-12, P. 281, Oct. 2001.
[18]. S. F. Mughabghab, M. Divadeenam and N.E. Holden, Neutron Cross Sections,Vol. 1 A,B: Neutron Reso-
nance Parameters and Thermal Cross Sections, (Academic Press, Orlando, Florida, 1981, 1983).
[19]. N. E. Holden, Neutron Scattering and Absorption Properties (Revised 1993), BNL-49710, (Report BNL,
Brookhaven, USA, 1994).
[20]. CENDL-3 "Zhuang, Liu and Zhang" Chinese Evaluated Nuclear Data Library Journal of Nuclear Science
and Technology (2002)
REFERENCES
[1]. Bat G.A. Isledovatelskie yadernye reaktory. -M.: Atomizdat, 1972. 13-43 b.
[2]. Dementev B.A. Yadernye energeticheskie reaktory.-M.: Energoatomizdat, 1990. 12-127 b.
[3]. Zaimovskiy A.S. Teplovydelyushchie elementy atomnykh reaktorov.-M.: Gocatomizdat, 1962. 20-57 b.
[4]. Ionaitis R.R., Stobetskiy V.N. Gidravlika SUZ yadernykh reaktorov.-M.: Atomizdat, 1972. 5-57 b.
[5]. Kap F. Fizika i tekhnika yadernykh reaktorov. Per. s nem. B.A.Buinitskogo. Pod. red. kand. fiz-mat.
naukG.A.Byt, -M.: Izd. inostriноstri. lit, 1960. 15-125 b.
[6]. Karpov V.A. Fizicheskie raschety gazookhlajdaemykh reaktorov gazookhlajdaemykh oreaktorov.
-M.:Energoatomizdat, 1988. 9-1b.
[7]. Kochurov B.P. Chislennye metody v teorii geterogennogo reaktora.-M.: Atomizdat, 1980. 23-45b.
[8]. Levin V.I. Yadernye reaktory.-M.: Gosatomizdat, 1963. 116-202 b.
[9]. Materialy dlya yadernykh reaktorov. Per. s ang. Pod. red. Yu.N.Sokurskogo.-M.: Gosatomizdat, 1963. 18-67 b.
●
Технические науки
58
№2 2016 Вестник КазНИТУ
[10]. Miller V.C.Atomnaya energetika i ee budushchee. Kiev, «Naukova dumka», 1967. 115-213 b.
[11]. Petrrosyants A.M. Atomnaya energetika zarubezhnykh stran. SSHA, Kanada, Velikobritaniya, Frantsiya,
FPG, Italiya, Shvetsiya, Shveitsariya, Yaponiya.-M.: Atomizdat, 1974
[12]. Pustavalov G.E. Atomnaya i yadernaya fizika.-M.: Izd-vo Moskov. Un-ta, 1990. 67-89 b.
[13]. I.N.Bekman. Yadernaya industriya. Kurs lektsiy. 2008. 5-27b.
[14]. Usynin G.B., Karabasov A.S., Chirkov V.A. Optimizatsionnye modeli reaktorov na bystrykh neitronakh.
- M.: Atomizdat.31b.
[15]. Leipunski A.I.Primenenie yadernoi phiziki v smezhnich oblastyach nauki i narodnom chozjaistve //UFN-
1968-T.95-вып1-C.15-23
[16]. Kursiv
kz.
12
gosudarstv
Evrosoyusa
podtverdili
vazhnost razvitia
yadernoi
energetiki.
(http://www.kursiv.kz)
[17]. K. H. Guber, et al., Neutron Cross Section Measurements at the Spallation Neutron Source, Int. Conf. on
Nuclear Data for Science and Technology, Tsukuba (JP), 7-12, P. 281, Oct. 2001
[18]. S. F. Mughabghab, M. Divadeenam and N.E. Holden, Neutron Cross Sections, Vol. 1 A,B: Neutron Reso-
nance Parameters and Thermal Cross Sections, (Academic Press, Orlando, Florida, 1981, 1983).
[19]. N. E. Holden, Neutron Scattering and Absorption Properties (Revised 1993), BNL-49710, (Report BNL,
Brookhaven, USA, 1994).
[20]. CENDL-3 "Zhuang, Liu and Zhang" Chinese Evaluated Nuclear Data Library Journal of Nuclear Science
and Technology (2002)
Дуаметұлы Б., Калауов Б.П., Даулеткулова А.С.
Изучение сечения реакции при взаймодействии нейтронов с ядрами мишени
Резюме. Основная цель данной работы заключается в изучении физических закономерностей сечении
реакции ядра мишени, при взаимодействии нейтронов с ядром мишени в ядерном реакторе. При сгорании
ядерных топлив в ядерном реакторе, реактивность реактора изменяется по двум причинам: во-первых, из-за
появления выделенных осколков, во-вторых, из-за уничтожения выделяемых нуклидов и формирования новых
трансурановых элементов. Выделяемые осколки владеют тепловыми и резонансными сечениями захвата
нейтронов. Если сечения велики, то поглощение нейтронов такими осколками влияет на привычную работу
реактора. Поэтому при проектировании топлива реактора, необходимо знать влияние поглощение нейтронов на
реактивность осколков.
Ключевые слова: нейтрон, реактор, сечение реакции, aтомная электростанция, атомная энергетика.
Duamet B., Kalauov B.P., Dauletkulova A.C.
Research of reaction cross section at the interaction of neutrons with target nuclei
Summary. The main objective of the given work is the physical laws of neutron and reaction cross section of the
target nuclei in nuclear reactor. There are two reasons of the reactivity change during the fuel combustion in nuclear
reactor: first, due to the derivation of fission fragments, and second, destroy of fission nuclides and formation of new
transuranic elements. The fission products have the various thermal and resonance cross-section of neutron capture. If
these cross-sections are very large, then such fragments absorb neutrons very much, which affects to the normal opera-
tion of the reactor. Therefore during the designing a reactor fuel the effect on reactivity of the neutrons absorbtion by
fission products is need to be predicted.
Keywords: neutron, reactor, reaction cross section, nuclear power plant, nuclear energy.
УДК: 37.013.46
А. Нурланкызы, Д. Джамбаев, А. Торекулов
(Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева,
Алматы, Республика Казахстан)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ
ПОДГОТОВКЕ СТУДЕНТОВ СОВРЕМЕННОГО ВУЗА
Аннотация. Статья является результатом теоретического изучения применения современных информа-
ционных технологий в профессиональной подготовке специалистов. Рассмотрено использование геоинформа-
ционных систем в профессиональной подготовке студентов современного университета в контексте компе-
тентностного подхода и интеграционных процессов в образовании.
Ключевые слова: геоинформационная система, ГИС-технологии, компетенция, знания, умения
●
Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
59
Активное внедрение информационных технологий в образовательный процесс является одним
из эффективных путей подготовки специалистов и признано важным средством осуществления мо-
дернизации системы образования, в том числе высшего профессионального [1]. Новые технические
возможности современного образовательного процесса и их дидактическое обеспечение дают доступ
к гигантским объемам информации, возможность ее визуализации и, что очень важно, способствуют
фасилитации диалогового общения субъектов образования. В связи с этим возникла потребность со-
здания новых педагогических технологий обучения.
Идеология компетентностного подхода и интеграционные процессы в высшем профессиональ-
ном образовании побуждают педагогов-практиков шире взглянуть на проблематику использования
информационных технологий, исследовать их дидактический потенциал, выявлять педагогические
условия их эффективного использования в сфере технической подготовки студентов в вузе. Известно,
что применение графических объектов в образовательных компьютерных системах позволяет не
только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но
и содействует развитию интуиции, профессионального чутья, образного мышления обучающихся [2].
Указанные преимущества в полной мере относятся к ГИС-технологиям, однако сфера их использова-
ния до настоящего времени была строго ограничена: главным образом они предназначены для узкос-
пециальной подготовки будущих географов и геологов. В связи с этим, выдвигаем задачу рассмот-
реть возможность более широкого использования указанных технологий в рамках технической под-
готовки студентов на примере опыта интеграции профессиональной подготовки студентов к техниче-
ским дисциплинам.
Первым шагом в решении указанной выше задачи является педагогическая интерпретация
сущности понятия ГИС-технологии.
Геоинформационная система (ГИС) – это система аппаратно-программных средств и алгорит-
мических процедур, созданная для цифровой поддержки, пополнения, управления, манипулирования,
анализа, моделирования и образного отображения географически координированных данных.
Результаты проведенного анализа показывают, что благодаря ГИС появился и продолжает раз-
виваться целый комплекс научных дисциплин, для которых визуализация информации представляет
собой один из важных педагогических приемов обучения (информатика, математика, картография и
др.). Наибольшую популярность ГИС-технологии приобретают в контексте интегрированных образо-
вательных программ. В курсе программы предусмотрено решение различных учебных задач, моде-
лирующих профессионально ориентированные ситуации будущей практической деятельности специ-
алиста. Потенциал так называемого зрительного предъявления информации положен в основу важ-
нейшего педагогического приема обучения многим учебным предметам, получившего название «пре-
зентация» [3].
Формирование основ профессиональных компетенций студентов предполагает воспитание
определенных профессионально значимых качеств будущего специалиста, в частности его готов-
ность к практической деятельности. ГИС-технологии могут быть достаточно эффективными при ор-
ганизации образовательного процесса, основанного на решении студентами учебных задач с актив-
ным применением принципа наглядности в обучении. Правильное «чтение» зрительно представлен-
ной информации, а также ее корректное конструирование и интерпретация на занятиях способствуют
развитию профессионально значимого умения будущих специалистов, которое базируется на целом
комплексе других составляющих, которые целесообразно рассматривать как частные умения: осу-
ществлять поиск информации, проводить ее оценку, ранжирование, сопоставление. Благодаря разви-
тию указанного умения студент становится способным выявлять и диагностировать проблемы в
предложенной к решению учебной задачи. Рассматриваемое умение приобретает особую значимость
в области проектной деятельности студента в вузе и в дальнейшей профессиональной деятельности.
Как известно, метод проектов давно зарекомендовал себя в педагогике, а сегодня он выходит на но-
вый уровень в условиях интеграции учебных предметов и технологий обучения.
Применение указанных выше технологий отражает уровень умений, которыми овладел студент
для проведения комплексных исследований в области спецпредметов: умений проводить сравнитель-
но-сопоставительный анализ отраслевых, региональных, национальных и глобальных проблем в рам-
ках специальности и предъявлять его результаты; умений использовать полученную информацию для
оценки состояния и прогноза развития исследуемого объекта. Именно с привлечением ГИС техноло-
гий становится возможным организовывать педагогически грамотно и профессионально эффективно
работу по развитию умений разрабатывать и осуществлять мониторинг, диагностировать проблемы в
●
Технические науки
60
№2 2016 Вестник КазНИТУ
соответствии с условиями учебной задачи. Поскольку деятельность по развитию рассматриваемого
умения вполне четко алгоритмизирована, то именно содержание ее этапов становится наиболее при-
влекательным для студента в плане реализации профессионально ориентированного обучения ино-
странному языку. Таким образом, ГИС-технологии могут успешно использоваться в контексте инте-
грации различных дисциплин на материале решения студентами целого ряда обобщенных задач.
В соответствии с требованиями к уровню профессиональной подготовленности студенты овла-
девают определенной совокупностью знаний. Применение ГИС-технологий обеспечивает достиже-
ние следующих компетентностно важных качеств будущего специалиста: знание основных принци-
пов, закономерностей и законов пространственно-временной организации системных объектов, ди-
намики их развития и функционирования; знание основ типологии и классификации информации с
целью создания емкой, но в то же время лаконичной презентации объекта; формирование более це-
лостного представления о системном объекте. Педагогическим условием реализации ГИС-
технологий является наличие некоторого минимума знаний и умений, без которых рассматриваемые
технологии не эффективны. Безусловно, такой минимум несколько суживает сферу применения тех-
нологий, но кадровое, научно-методическое и техническое оснащение современных университетов
позволяет использовать дидактический потенциал ГИС-технологий. Поэтому необходимо рассмот-
реть наиболее важные условия, которые обеспечивают эффективность данного процесса.
Для эффективного применения ГИС-технологий студент должен усвоить определенную сово-
купность знаний: о математических и изобразительных средствах предъявления информации об объ-
екте, указанном в условии учебной задачи, например, о координатах объектов в пространстве и вре-
мени; о приемах генерализации; о назначении и классификации мониторинга среды, в частности его
аналитических и синтетических направлениях и т. д. У студентов должно быть сформировано пред-
ставление об основных источниках данных в ГИС и их характеристиках, об основных способах вво-
да, данных.
Еще одним важным условием является овладение основными функциями ГИС, среди которых
наиболее важными являются регистрация, ввод и хранение данных в ГИС, ориентация в базах дан-
ных и операциях с ними.
В процессе применения указанных технологий формулируется собственная оценка ресурсного
потенциала соответствующего объекта, его разнообразных характеристик; умение пользоваться и
создавать геоинформационные системы, владеть методами автоматизированного построения систем-
ного объекта, например карт, а также знать основы машинной графики. Все перечисленные выше
знания и умения являются важными компонентами профессиональных компетенций студента. Гео-
информационная система как информационная система использует географически координирован-
ные данные.
Использование ГИС в подготовке высококвалифицированных специалистов современного тех-
нического университета позволяет им овладеть основами современных информационных технологий,
методами и аппаратом математического моделирования процессов, событий и прогноза. В результате
применения указанных технологий студенты знакомятся с основами современных технологий полу-
чения, сбора и обработки координированной профессионально значимой информации об объекте.
Студенты овладевают основами моделирования, анализа и использования данных в процессе приня-
тия решений в рамках учебной задачи, а также обучаются общим принципам математической обра-
ботки информации, проведения математического анализа и построения математических моделей
процессов и объектов, анализа моделей и прогноза развития событий. У студентов вырабатывается
умение четко формулировать задачи, составлять выборки, подготавливать данные для обработки со-
временными средствами информационных технологий, выполнять интерпретацию результатов мате-
матического анализа и моделирования.
С развитием компьютерной техники: повышение аппаратно-технических показателей, совер-
шенствованием алгоритмов программирования; появлением новых источников данных: дистанцион-
ного зондирования, GPS, стал возможным прогресс ГИС-технологий. Сейчас в них предлагается
пользователям всевозможное разнообразие функций: от построения трехмерных моделей, до ГИС
работающих на принципах искусственного интеллекта (анализ трехмерных сцен, прогнозирование
ситуаций). Применение современных геоинформационных систем широко распространено
и практически ничем не ограничено:
- создание морских навигационных и гидрографических карт;
|