Номер 1, страница 202 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Как осуществляется цепная ядерная реакция?

1. Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс деления тяжелых атомных ядер, в ходе которого нейтроны, вызывающие деление, воспроизводятся как продукты этой же реакции, что позволяет процессу продолжаться лавинообразно.

Механизм осуществления цепной реакции на примере урана-235 ($^{235}U$):

1. Инициация. Реакция начинается, когда свободный нейтрон ($\text{n}$) сталкивается с ядром делящегося вещества, например, урана-235. Ядро поглощает этот нейтрон.

2. Деление ядра. После поглощения нейтрона ядро $^{235}U$ превращается в крайне нестабильный изотоп $^{236}U^*$, который практически мгновенно (за время порядка $10^{-14}$ с) распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Одновременно с этим высвобождается огромное количество энергии (около 200 МэВ на один акт деления).

3. Воспроизводство нейтронов. Самым важным для поддержания цепной реакции является то, что при каждом акте деления испускается от двух до трех новых свободных нейтронов. Пример одной из возможных реакций деления выглядит так:

$^{235}_{92}U + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n + E$

4. Продолжение цепи. Нейтроны, родившиеся в результате деления, могут вызвать деление соседних ядер урана-235, каждый из которых, в свою очередь, также высвободит энергию и новые нейтроны. Таким образом, количество делящихся ядер стремительно нарастает.

Для управления этим процессом используется понятие коэффициента размножения нейтронов ($\text{k}$) — отношения числа нейтронов последующего поколения к числу нейтронов предыдущего поколения:

• Если $k < 1$ (подкритическое состояние), то число нейтронов убывает, и реакция затухает.
• Если $k = 1$ (критическое состояние), то число делений в единицу времени постоянно. Реакция протекает стабильно и управляемо. Этот режим используется в ядерных реакторах для выработки энергии.
• Если $k > 1$ (надкритическое состояние), то число делений экспоненциально растет, что приводит к выделению огромной энергии за короткое время — происходит ядерный взрыв.

Для начала реакции также необходимо, чтобы масса делящегося вещества превышала некоторое значение, называемое критической массой. В противном случае слишком много нейтронов будет покидать вещество, не успевая вызвать новые деления.

Ответ: Цепная ядерная реакция осуществляется за счет того, что при делении тяжелого ядра (например, урана-235) под действием нейтрона освобождаются новые нейтроны (2-3 штуки), которые, в свою очередь, вызывают деление других ядер. Этот лавинообразный, самоподдерживающийся процесс сопровождается выделением огромного количества энергии. Условием для реакции является наличие критической массы вещества и коэффициент размножения нейтронов, равный или больший единицы.