Номер 8, 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 8, страница 192.

Решение.

Решение 2.

Деление тяжелых атомных ядер, в частности ядер урана, может быть вызвано различными частицами, но наиболее важную роль в этом процессе играют нейтроны. Именно индуцированное нейтронами деление лежит в основе работы ядерных реакторов и создания цепной ядерной реакции.

Процесс можно разбить на несколько этапов:

1. Захват нейтрона. Свободный нейтрон ($n$) сталкивается с ядром урана (например, изотопом уран-235, $ ^{235}_{92}U $) и поглощается им. В результате образуется новое, составное ядро (уран-236, $ ^{236}_{92}U $) в возбужденном состоянии. Это можно записать как реакцию: $ ^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{236}_{92}U^* $. Звездочка означает, что ядро находится в возбужденном состоянии.
2. Деление ядра. Возбужденное ядро $ ^{236}_{92}U^* $ крайне нестабильно. Оно существует очень короткое время (порядка $10^{-12}$ секунды), после чего делится на два (реже три) более легких ядра, которые называются осколками деления. Состав осколков может быть разным, например: $ ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3(^{1}_{0}n) $.
3. Высвобождение энергии и новых нейтронов. При каждом акте деления выделяется огромное количество энергии (около 200 МэВ) и испускается от 2 до 3 новых нейтронов. Эти нейтроны, в свою очередь, могут вызывать деление других ядер урана, создавая условия для самоподдерживающейся цепной реакции.

Важно различать реакцию на нейтроны у основных изотопов урана:

• Уран-235 ($ ^{235}_{92}U $): Этот изотоп способен делиться под действием нейтронов любой энергии, но наиболее эффективно он делится под действием медленных (тепловых) нейтронов. Именно этот изотоп является основным ядерным топливом в большинстве энергетических реакторов.
• Уран-238 ($ ^{238}_{92}U $): Составляет более 99% природного урана. Он делится преимущественно под действием быстрых нейтронов (с энергией более 1 МэВ). Медленные нейтроны он, как правило, поглощает без деления, превращаясь со временем в плутоний-239 ($ ^{239}_{94}Pu $), который также является делящимся материалом.

Нейтроны являются идеальными частицами для инициирования деления, так как они электрически нейтральны. Отсутствие заряда позволяет им беспрепятственно проникать внутрь положительно заряженного атомного ядра, в то время как заряженные частицы (например, протоны) будут испытывать сильное кулоновское отталкивание.

Ответ: Деление ядер урана вызывают нейтроны. Особенно эффективно деление изотопа уран-235 происходит под действием медленных (тепловых) нейтронов.