Номер 16, страница 34, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 26. Ядерные реакции. Ядерная энергетика - номер 16, страница 34.

Условие.

16. Чем отличается управляемая ядерная реакция от атомного взрыва? Чем обусловлено это отличие?

Решение.

Решение

И управляемая ядерная реакция, и атомный взрыв основаны на одном и том же физическом процессе – цепной реакции деления тяжелых атомных ядер (например, урана-235 или плутония-239). При делении одного ядра высвобождается энергия и несколько нейтронов, которые, в свою очередь, могут вызвать деление других ядер, поддерживая таким образом цепную реакцию. Ключевое различие между этими двумя процессами заключается в скорости протекания этой реакции, то есть в скорости выделения энергии.

Это различие обусловлено коэффициентом размножения нейтронов $\text{k}$. Этот коэффициент показывает, сколько в среднем нейтронов, образовавшихся в результате одного акта деления, вызовут последующие акты деления. Условия протекания реакции определяются значением этого коэффициента.

Управляемая ядерная реакция, которая протекает в ядерных реакторах, характеризуется тем, что цепная реакция поддерживается на постоянном, контролируемом уровне. Это достигается за счет того, что коэффициент размножения нейтронов поддерживается строго равным единице ($k=1$). При таком условии число делений ядер в единицу времени остается постоянным, что обеспечивает стабильное и равномерное выделение энергии. Регулирование коэффициента $\text{k}$ осуществляется с помощью специальных управляющих стержней (из бора, кадмия), которые поглощают избыточные нейтроны. Это позволяет использовать выделяемую энергию в мирных целях, например, для производства электроэнергии.

Атомный взрыв, напротив, является неуправляемой цепной реакцией. Он происходит, когда коэффициент размножения нейтронов значительно превышает единицу ($k > 1$). В этом случае число делений ядер нарастает экспоненциально за очень короткий промежуток времени. Каждое последующее поколение нейтронов вызывает всё больше и больше делений, что приводит к мгновенному высвобождению колоссального количества энергии. Для достижения такого эффекта в ядерном оружии быстро соединяют несколько частей делящегося вещества, чтобы их общая масса стала надкритической.

Таким образом, основное отличие управляемой ядерной реакции от атомного взрыва заключается в скорости протекания цепной реакции, а обусловлено это отличие возможностью (или её отсутствием) контролировать коэффициент размножения нейтронов $\text{k}$.

Ответ:

Управляемая ядерная реакция отличается от атомного взрыва скоростью выделения энергии: в первом случае энергия выделяется медленно и равномерно, во втором – практически мгновенно, лавинообразно. Это отличие обусловлено значением коэффициента размножения нейтронов $\text{k}$: при управляемой реакции его поддерживают равным единице ($k=1$), что обеспечивает стационарное течение реакции, а при взрыве создают условия, при которых он становится значительно больше единицы ($k > 1$), что приводит к экспоненциальному росту числа делений и взрыву.