Номер 10, страница 192 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

14. Квантовая физика. 14.13. Ядерные реакции. Термоядерные реакции. Цепная реакция деления ядер - номер 10, страница 192.

Решение.

Решение 2.

На атомных электростанциях (АЭС) для производства электроэнергии используют управляемые цепные ядерные реакции деления тяжелых атомных ядер. В основе этого процесса лежит способность некоторых изотопов, в первую очередь урана-235 ($^{235}_{92}U$) и плутония-239 ($^{239}_{94}Pu$), делиться при поглощении нейтрона с выделением огромного количества энергии.

Процесс можно описать следующими ключевыми этапами:

1. Инициирование деления. Ядро урана-235 захватывает один медленный (тепловой) нейтрон ($^{1}_{0}n$). Это приводит к образованию возбужденного и крайне нестабильного изотопа урана-236 ($^{236}_{92}U^*$).

2. Распад ядра. Возбужденное ядро урана-236 практически мгновенно распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Продукты деления могут быть разными, но в любом случае их суммарная масса меньше массы исходного ядра урана и нейтрона. Эта разница масс (дефект масс) превращается в энергию согласно знаменитой формуле Эйнштейна $E=mc^2$. Кроме осколков, в результате реакции высвобождается от двух до трех новых нейтронов.

   Пример одной из возможных реакций деления:

   $ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3^{1}_{0}n + \text{энергия (около 200 МэВ)} $

3. Цепная реакция. Нейтроны, образовавшиеся в результате деления, могут, в свою очередь, быть захвачены другими ядрами урана-235, вызывая их деление. Этот процесс повторяется, создавая самоподдерживающуюся цепную реакцию.
4. Управление реакцией. В ядерном реакторе АЭС цепная реакция является управляемой. Это означает, что ее скорость поддерживается на постоянном уровне. Для этого используются:
   • Замедлитель (например, обычная вода или графит), который замедляет быстрые нейтроны, образующиеся при делении. Медленные нейтроны с большей вероятностью вызывают деление ядер урана-235.
   • Управляющие стержни (из материалов, хорошо поглощающих нейтроны, например, бора или кадмия). Вводя или выводя стержни из активной зоны реактора, можно изменять количество нейтронов, участвующих в реакции, и тем самым регулировать мощность реактора.

Выделяемая в ходе реакции тепловая энергия используется для нагрева теплоносителя (чаще всего воды), который превращается в пар. Пар вращает турбину, а турбина приводит в действие электрогенератор, вырабатывающий электричество.

Ответ: На атомных электростанциях используют управляемые цепные реакции деления тяжелых ядер (в основном урана-235) под действием нейтронов. Эти реакции сопровождаются выделением большого количества энергии, которая преобразуется в электрическую.