Номер 1, страница 339 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Для возникновения цепной реакции при делении тяжёлых ядер наиболее существенно соотношение числа образующихся в ядерной реакции и поглощаемых в системе

1) $\gamma$-квантов

2) нейтронов

3) протонов

4) электронов

Решение

Цепная ядерная реакция деления тяжелых ядер — это процесс, в котором одна реакция деления инициирует последующие реакции такого же типа, что приводит к самоподдерживающемуся процессу.

Процесс деления тяжелого ядра, например урана-235 ($^{235}_{92}U$), как правило, начинается с захвата этим ядром медленного нейтрона. После захвата нейтрона ядро переходит в возбужденное состояние ($^{236}_{92}U^*$) и становится крайне нестабильным, в результате чего оно распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Важнейшей особенностью этого процесса является то, что, помимо осколков и выделения огромного количества энергии, испускается несколько (в среднем от 2 до 3) новых свободных нейтронов.

Например, одна из множества возможных реакций деления урана-235 выглядит так: $$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n $$

Именно эти вторичные нейтроны, образовавшиеся в результате деления, способны вызвать деление соседних ядер урана, что и обеспечивает возможность развития цепной реакции. Для того чтобы реакция стала самоподдерживающейся, необходимо, чтобы в среднем хотя бы один из нейтронов, родившихся в акте деления, вызвал новый акт деления другого ядра.

Это условие описывается коэффициентом размножения нейтронов $k$. Этот коэффициент представляет собой отношение числа нейтронов, вызывающих деление ядер в данном поколении реакции, к числу нейтронов, вызвавших деление в предыдущем поколении.

• Если $k < 1$ (число вновь образующихся нейтронов меньше числа поглощенных), реакция является затухающей (подкритическое состояние).
• Если $k = 1$, число делений в единицу времени постоянно, и реакция протекает стационарно (критическое состояние, режим работы ядерного реактора).
• Если $k > 1$, число делений лавинообразно нарастает, что приводит к выделению огромной энергии за короткое время (надкритическое состояние, принцип действия ядерного оружия).

Таким образом, для возникновения и поддержания цепной реакции наиболее существенным является именно соотношение числа нейтронов, образующихся в ходе ядерной реакции, и числа нейтронов, поглощаемых в системе (другими ядрами без деления или примесями) или покидающих ее пределы.

Анализ других предложенных вариантов:

• 1) γ-кванты: Это фотоны высокой энергии (гамма-излучение), которые выделяются при делении, но они не инициируют последующие деления тяжелых ядер, необходимые для поддержания цепной реакции.
• 3) протоны: Являясь положительно заряженными частицами, протоны испытывают сильное электростатическое отталкивание от положительно заряженных ядер. Для инициирования реакции им потребовалась бы огромная энергия для преодоления этого кулоновского барьера. Кроме того, протоны не являются продуктами реакции деления урана нейтронами.
• 4) электроны: Это очень легкие частицы, которые взаимодействуют в основном с электронными оболочками атомов и не могут вызвать деление атомного ядра.

Следовательно, именно баланс нейтронов является определяющим фактором для протекания цепной реакции деления.

Ответ: 2) нейтронов.