Номер 74.7, страница 251 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 74. Ядерные реакции. Глава 10. Квантовые явления - номер 74.7, страница 251.

74.7 [н] Для урана $&_{92}^{235}\text{U}&$ масса 50 кг является критической. Объясните, что это значит.

74.7 [Н]

Критическая масса – это наименьшая масса делящегося вещества (в данном случае урана-235, $_{92}^{235}\text{U}$), при которой в нем может происходить самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

Процесс цепной реакции заключается в следующем:

1. Ядро урана-235, поглотив один нейтрон, делится на два (или более) осколка.
2. При этом делении высвобождается большое количество энергии и несколько новых нейтронов (в среднем 2-3).
3. Эти новые нейтроны, в свою очередь, могут вызвать деление других ядер урана-235, что приводит к экспоненциальному росту числа делений, если условия благоприятны.

Однако не все испущенные нейтроны вызывают новые деления. Часть из них может вылететь за пределы образца урана, а часть может быть поглощена ядрами без деления. Успешность поддержания реакции зависит от баланса между производством нейтронов и их потерей. Этот баланс характеризуется коэффициентом размножения нейтронов $k$ – отношением числа нейтронов в последующем "поколении" к числу нейтронов в предыдущем.

• Если масса урана меньше критической ($m < 50$ кг), то $k < 1$. Потери нейтронов превышают их производство (слишком много нейтронов улетает с поверхности). Цепная реакция быстро затухает. Такое состояние называется подкритическим.
• Если масса урана равна критической ($m = 50$ кг), то $k = 1$. Производство нейтронов в объеме вещества точно компенсирует их потерю через поверхность. Цепная реакция становится самоподдерживающейся и протекает с постоянной интенсивностью. Это состояние называется критическим.
• Если масса урана больше критической ($m > 50$ кг), то $k > 1$. Производство нейтронов преобладает над потерями. Число делений лавинообразно нарастает, что приводит к выделению огромного количества энергии за короткое время – ядерному взрыву. Это состояние называется надкритическим.

Таким образом, утверждение, что для урана $_{92}^{235}\text{U}$ масса 50 кг является критической, означает, что именно при такой массе (для образца определенной формы, обычно шара) создаются условия для стационарной, самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.

Ответ: Это значит, что в куске урана-235 массой 50 кг количество нейтронов, рождающихся в результате деления ядер, в среднем равно количеству нейтронов, теряющихся (вылетающих из куска или поглощающихся без деления). В результате в таком куске может протекать самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция с постоянной мощностью.