Номер 4, страница 168 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

4. Какие ядра используют как ядерное топливо?

4. В качестве ядерного топлива используют ядра тяжелых элементов, способные к управляемой цепной реакции деления при взаимодействии с нейтронами. Такие ядра должны при делении выделять большое количество энергии и испускать несколько новых нейтронов, которые, в свою очередь, вызывают деление других ядер, поддерживая реакцию. Ядра, используемые в качестве топлива, делятся на два основных типа: делящиеся (способные к делению под действием нейтронов, в том числе медленных) и сырьевые или фертильные (которые после захвата нейтрона превращаются в делящиеся).

Основными материалами являются:

1. Уран ($\text{U}$)
• Уран-235 ($^{235}_{92}U$): Это главный компонент ядерного топлива для большинства современных АЭС. Он является единственным природным изотопом, способным эффективно делиться под действием медленных (тепловых) нейтронов. В природном уране его доля составляет всего около 0,72%, поэтому для большинства реакторов его концентрацию искусственно увеличивают (обогащают) до 3–5%.
• Уран-238 ($^{238}_{92}U$): Основной изотоп урана (более 99% в природе). Он не делится тепловыми нейтронами, но является сырьевым материалом. При поглощении нейтрона ядро $^{238}U$ в результате двух последовательных бета-распадов превращается в плутоний-239, который является делящимся изотопом. Этот процесс выглядит так: $ ^{238}_{92}U + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{239}_{92}U \rightarrow ^{239}_{93}Np + e^{-} \rightarrow ^{239}_{94}Pu + e^{-} $.

2. Плутоний ($\text{Pu}$)
• Плутоний-239 ($^{239}_{94}Pu$): Этот изотоп образуется в реакторах из урана-238 и сам является высокоэффективным ядерным топливом. Он используется, например, в МОКС-топливе (смесь оксидов плутония и урана), что позволяет замкнуть топливный цикл и использовать отработанное топливо повторно.

3. Торий ($\text{Th}$)
• Торий-232 ($^{232}_{90}Th$): Подобно урану-238, является сырьевым материалом. После захвата нейтрона он превращается в делящийся изотоп уран-233 ($^{233}_{92}U$). Этот процесс также перспективен, так как запасы тория на Земле в несколько раз превышают запасы урана. Реакция превращения: $ ^{232}_{90}Th + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{233}_{90}Th \rightarrow ^{233}_{91}Pa + e^{-} \rightarrow ^{233}_{92}U + e^{-} $. Уран-233 также является эффективным топливом.

Ответ: В качестве ядерного топлива используют делящиеся ядра, главным образом изотоп уран-235 ($^{235}U$), а также искусственно полученный плутоний-239 ($^{239}Pu$). Кроме того, в качестве сырьевых материалов для производства делящихся изотопов в реакторах применяют уран-238 ($^{238}U$) и торий-232 ($^{232}Th$).