Номер 1, страница 246 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 49. Ядерный реактор. Вопросы - номер 1, страница 246.

Условие.

1. Почему для осуществления цепной ядерной реакции необходимо использовать медленные (тепловые) нейтроны?

Решение.

1. Для осуществления цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер, таких как уран-235 (${}^{235}_{92}\text{U}$), необходимо, чтобы нейтроны, вызывающие деление, эффективно поглощались этими ядрами. Вероятность захвата нейтрона ядром с последующим делением характеризуется физической величиной, называемой эффективным поперечным сечением деления.
Ключевой факт заключается в том, что для ядра урана-235 (${}^{235}_{92}\text{U}$) сечение деления обратно пропорционально скорости нейтрона. Это означает, что медленные (тепловые) нейтроны, обладающие малой кинетической энергией (порядка $0.025$ эВ), захватываются ядрами урана-235 в сотни раз вероятнее, чем быстрые нейтроны, которые образуются непосредственно в результате реакции деления и имеют энергию порядка $\text{2}$ МэВ.
Быстрые нейтроны с высокой вероятностью могут либо пролететь мимо ядер ${}^{235}_{92}\text{U}$, не вызвав их деления, либо быть захваченными преобладающим в топливе изотопом ураном-238 (${}^{238}_{92}\text{U}$) без деления (этот процесс называется радиационным захватом). Оба этих исхода приводят к обрыву цепной реакции.
Поэтому в большинстве ядерных реакторов быстрые нейтроны, рождающиеся при делении, специально замедляют до тепловых скоростей с помощью вещества-замедлителя (например, воды, тяжелой воды или графита). Замедляясь в упругих столкновениях с легкими ядрами замедлителя, нейтроны теряют свою энергию. Став тепловыми, они приобретают значительно более высокий шанс вызвать деление следующего ядра ${}^{235}_{92}\text{U}$, что и позволяет поддерживать самоподдерживающуюся цепную реакцию.
Ответ: Медленные (тепловые) нейтроны необходимо использовать потому, что вероятность (эффективное сечение) деления ядер урана-235 под их действием в сотни раз выше, чем под действием быстрых нейтронов. Использование медленных нейтронов значительно повышает эффективность цепной реакции и позволяет ей быть самоподдерживающейся.