Номер 5, страница 242 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 48. Деление и синтез ядер. Цепная реакция. Вопросы - номер 5, страница 242.

Условие.

5. Что такое цепная ядерная реакция?

Решение.

5. Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс, в котором реакция, вызванная одной частицей (например, нейтроном), приводит к появлению новых частиц, способных вызвать аналогичные реакции в других ядрах. Этот процесс лавинообразно нарастает, если его не контролировать.

Механизм цепной реакции деления тяжелых ядер, таких как уран-235 ($^{235}_{92}U$) или плутоний-239 ($^{239}_{94}Pu$), заключается в следующем:
1. Процесс инициируется, когда медленный (тепловой) нейтрон ($^{1}_{0}n$) попадает в ядро делящегося вещества (например, урана-235).
2. Ядро поглощает нейтрон, становится нестабильным (например, $^{236}_{92}U^{*}$) и практически мгновенно распадается на два более легких ядра-осколка (например, барий и криптон), при этом высвобождается огромное количество энергии и несколько (в среднем 2-3) новых нейтронов.
3. Эти новые нейтроны, в свою очередь, могут попасть в соседние ядра урана-235, вызывая их деление. Каждое такое деление порождает еще больше нейтронов, и процесс повторяется.

Пример реакции деления урана-235:
$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n $

Для поддержания цепной реакции необходимо выполнение определенных условий:
• Наличие достаточного количества делящегося вещества. Масса вещества должна быть не меньше так называемой критической массы. Если масса меньше критической, слишком много нейтронов будет вылетать за пределы вещества, не успев вызвать новые деления, и реакция затухнет.
• Контроль над скоростью нейтронов. Нейтроны, образующиеся при делении, имеют слишком большую энергию (быстрые нейтроны). Для эффективного деления ядер урана-235 их необходимо замедлить до тепловых скоростей. В ядерных реакторах для этого используют замедлители (например, воду или графит).

Развитие цепной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов $\text{k}$ — отношением числа нейтронов в данном поколении реакции к числу нейтронов в предыдущем поколении.
• Если $k < 1$, реакция затухает (подкритический режим).
• Если $k = 1$, реакция протекает со стационарной скоростью (критический режим). Этот режим используется в ядерных реакторах для выработки энергии.
• Если $k > 1$, реакция нарастает лавинообразно, что приводит к ядерному взрыву (надкритический режим).

Ответ: Цепная ядерная реакция — это процесс, в котором деление одного атомного ядра вызывает последующие деления других ядер, что приводит к самоподдерживающейся или нарастающей последовательности ядерных превращений с выделением огромного количества энергии.