Номер 2, страница 339 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. Для чего в атомном реакторе используется замедлитель нейтронов?

2. Замедлитель нейтронов является одним из ключевых компонентов ядерного реактора, работающего на тепловых нейтронах (наиболее распространенный тип реакторов). Его основная функция — уменьшение кинетической энергии быстрых нейтронов, которые образуются в результате реакции деления тяжелых ядер.

Процесс деления ядер, например, урана-235 ($^{235}_{92}\text{U}$), приводит к высвобождению огромного количества энергии и, в среднем, 2-3 новых нейтронов. Эти нейтроны обладают очень высокой скоростью и большой кинетической энергией (порядка $2 \text{ МэВ}$), поэтому их называют быстрыми нейтронами.

Проблема заключается в том, что быстрые нейтроны имеют низкую вероятность вызвать деление других ядер урана-235. Эффективность захвата нейтрона ядром (так называемое эффективное сечение деления) для $^{235}_{92}\text{U}$ значительно возрастает для медленных, или тепловых, нейтронов. Это нейтроны, чья энергия была уменьшена до величины, сравнимой с энергией теплового движения атомов окружающей среды (около $0.025 \text{ эВ}$).

Для поддержания самоподдерживающейся цепной реакции необходимо эффективно замедлять быстрые нейтроны до тепловых энергий. Эту задачу и выполняет замедлитель. Нейтроны, проходя через вещество-замедлитель, многократно упруго сталкиваются с его ядрами. В ходе этих столкновений нейтроны передают часть своей кинетической энергии ядрам замедлителя, постепенно замедляясь.

Чтобы быть эффективным, вещество-замедлитель должно обладать двумя основными свойствами: во-первых, состоять из легких ядер (с массой, близкой к массе нейтрона), так как при столкновении с ними нейтрон теряет наибольшую долю энергии за одно соударение. Во-вторых, иметь очень малое сечение поглощения нейтронов, чтобы не выводить их из реакции, а только замедлять. Наиболее распространенными замедлителями являются обычная вода ($\text{H}_2\text{O}$), тяжелая вода ($\text{D}_2\text{O}$) и графит (углерод, $\text{C}$).

Таким образом, использование замедлителя позволяет эффективно управлять цепной реакцией, делая ее возможной при использовании природного или слабообогащенного урана.

Ответ: Замедлитель нейтронов в атомном реакторе используется для снижения скорости (кинетической энергии) быстрых нейтронов, образующихся при делении ядер, до тепловых скоростей. Это необходимо для того, чтобы значительно увеличить вероятность последующего деления других ядер урана-235 этими нейтронами и, следовательно, обеспечить поддержание управляемой цепной реакции.