Номер 4, страница 211 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 57. Искусственная радиоактивность. Глава 7. Физика атомного ядра - номер 4, страница 211.

4. Какую реакцию деления называют самоподдерживающейся? Когда она возникает?

Самоподдерживающейся (или цепной) реакцией деления называют такой процесс, в котором частицы, вызывающие реакцию (нейтроны), образуются как продукты этой же реакции в количестве, достаточном для ее продолжения без внешнего воздействия.

Суть процесса заключается в следующем: при попадании нейтрона в тяжелое ядро (например, ядро урана-235) оно делится на два или более легких осколочных ядра. При этом акте деления высвобождается значительное количество энергии и, что самое важное, испускается несколько (в среднем 2-3) новых нейтронов. Пример такой реакции для урана-235:

$$ {^{235}_{92}U} + {^{1}_{0}n} \rightarrow {^{236}_{92}U}^* \rightarrow X + Y + (2-3){^{1}_{0}n} $$

где $X$ и $Y$ — осколки деления (например, ядра бария и криптона). Нейтроны, появившиеся в результате этой реакции, могут, в свою очередь, попасть в соседние ядра урана и вызвать их деление, что приведет к появлению нового поколения нейтронов. Если в среднем хотя бы один из вновь образовавшихся нейтронов вызывает следующее деление, реакция будет поддерживать сама себя.

Самоподдерживающаяся реакция возникает только при выполнении определенных условий. Ключевым параметром, определяющим возможность такой реакции, является коэффициент размножения нейтронов, $k$. Он равен отношению числа нейтронов последующего поколения к числу нейтронов предыдущего поколения в объеме делящегося вещества.

Реакция возникает, когда этот коэффициент становится равным или больше единицы ($k \ge 1$). В зависимости от значения $k$ различают три состояния:

• $k < 1$ — подкритическое состояние. Число нейтронов в системе убывает, и цепная реакция быстро затухает.
• $k = 1$ — критическое состояние. Число нейтронов в системе постоянно, реакция протекает со стационарной скоростью. Этот режим поддерживается в ядерных реакторах.
• $k > 1$ — надкритическое состояние. Число нейтронов и, соответственно, количество делений лавинообразно нарастает, что приводит к выделению огромной энергии за короткое время (ядерный взрыв).

Для достижения условия $k \ge 1$ необходимо, чтобы масса делящегося вещества была не меньше определенного значения, называемого критической массой. Если масса вещества меньше критической, слишком много нейтронов покидает его пределы, не успев прореагировать с ядрами, и реакция затухает ($k < 1$). Помимо массы, на возникновение реакции влияют форма вещества (сфера является оптимальной), его чистота и наличие специальных устройств (отражателей и замедлителей нейтронов).

Ответ: Самоподдерживающаяся реакция деления – это цепная реакция, в которой нейтроны, испускаемые при делении атомных ядер, вызывают последующие деления других ядер, благодаря чему процесс продолжается самопроизвольно. Она возникает тогда, когда коэффициент размножения нейтронов становится равным или больше единицы ($k \ge 1$), что достигается при наличии достаточной массы делящегося вещества (не менее критической массы) и соблюдении других необходимых условий.