Номер 2, страница 244 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какие ядра используют как ядерное топливо?

2. Какие ядра используют как ядерное топливо?

В качестве ядерного топлива используют ядра тяжелых элементов, способные к цепной реакции деления под действием нейтронов. При делении таких ядер выделяется огромное количество энергии, а также образуются новые нейтроны, которые могут вызывать деление других ядер, поддерживая таким образом цепную реакцию.

Ядра, используемые в качестве топлива, можно разделить на две основные категории:

1. Делящиеся (расщепляющиеся) изотопы. Это ядра, которые способны делиться под действием нейтронов любой энергии, в том числе тепловых (медленных) нейтронов, что позволяет легко поддерживать управляемую цепную реакцию. К ним относятся:

- Уран-235 ($_{92}^{235}U$): это основной вид ядерного топлива для большинства современных атомных электростанций. $ _{92}^{235}U $ является единственным делящимся изотопом, встречающимся в природе. Его содержание в природном уране составляет всего около 0,72%, поэтому для большинства реакторов уран необходимо обогащать, то есть повышать в нем долю $ _{92}^{235}U $ до 3-5%.

- Плутоний-239 ($_{94}^{239}Pu$): это искусственный изотоп, который практически не встречается в природе. Его получают в ядерных реакторах из урана-238. Он является очень эффективным ядерным топливом.

- Уран-233 ($_{92}^{233}U$): это также искусственный изотоп, получаемый в реакторах из тория-232. Обладает хорошими ядерно-физическими свойствами для использования в качестве топлива.

2. Сырьевые (воспроизводящие) изотопы. Эти ядра сами по себе не могут поддерживать цепную реакцию на тепловых нейтронах, но при поглощении нейтрона они превращаются в делящиеся изотопы. Таким образом, они служат "сырьем" для производства нового ядерного топлива. К ним относятся:

- Уран-238 ($_{92}^{238}U$): это самый распространенный изотоп урана (более 99% в природном уране). Захватывая нейтрон, он после двух последовательных бета-распадов превращается в делящийся плутоний-239. Цепочка превращений выглядит так: $ _{92}^{238}U + n \rightarrow _{92}^{239}U \xrightarrow{\beta^-} _{93}^{239}Np \xrightarrow{\beta^-} _{94}^{239}Pu $. Этот процесс происходит во всех реакторах, работающих на уране.

- Торий-232 ($_{90}^{232}Th$): это встречающийся в природе изотоп. При поглощении нейтрона он превращается в делящийся уран-233: $ _{90}^{232}Th + n \rightarrow _{90}^{233}Th \xrightarrow{\beta^-} _{91}^{233}Pa \xrightarrow{\beta^-} _{92}^{233}U $. Торий рассматривается как перспективное сырье для ядерной энергетики будущего.

Ответ: В качестве ядерного топлива используют в основном ядра изотопов урана-235 ($_{92}^{235}U$), плутония-239 ($_{94}^{239}Pu$) и урана-233 ($_{92}^{233}U$). Первый является природным, но требует обогащения, а два других получают искусственно из сырьевых изотопов урана-238 ($_{92}^{238}U$) и тория-232 ($_{90}^{232}Th$) соответственно.