Номер 3, страница 246 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 49. Ядерный реактор. Вопросы - номер 3, страница 246.

Условие.

3. Что такое критическая масса?

Решение.

Критическая масса — это минимальная масса делящегося вещества (например, урана-235 или плутония-239), необходимая для начала самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.

В основе этого явления лежит процесс деления тяжелых атомных ядер. При делении одного ядра под действием нейтрона высвобождается энергия и несколько новых нейтронов. Эти нейтроны, в свою очередь, могут вызвать деление следующих ядер, продолжая реакцию. Чтобы реакция стала самоподдерживающейся, необходимо, чтобы в среднем хотя бы один из нейтронов, испущенных в результате акта деления, вызывал новый акт деления. Часть нейтронов может быть захвачена ядрами без деления или вылететь за пределы образца.

Для описания цепной реакции используется коэффициент размножения нейтронов $\text{k}$ — отношение числа нейтронов в данном поколении реакции к числу нейтронов в предыдущем поколении.

Возможны три сценария:

• Если $k < 1$, число свободных нейтронов со временем уменьшается, и цепная реакция затухает. Масса вещества в этом случае называется подкритической.

• Если $k = 1$, число нейтронов остается постоянным, и реакция протекает с постоянной интенсивностью. Масса вещества называется критической. Этот режим используется в ядерных реакторах для контролируемого получения энергии.

• Если $k > 1$, число нейтронов лавинообразно нарастает, что приводит к экспоненциальному росту мощности реакции и, как следствие, к ядерному взрыву. Масса в этом случае называется надкритической.

Величина критической массы не является постоянной для вещества, а зависит от ряда факторов. Ключевыми из них являются: форма образца (наименьшей критической массой обладает сфера, так как у нее минимальное отношение площади поверхности к объему, что уменьшает утечку нейтронов), плотность вещества (с ростом плотности критическая масса уменьшается), а также наличие вокруг делящегося вещества оболочки-отражателя, которая возвращает часть вылетающих нейтронов обратно в активную зону.

Ответ: Критическая масса — это наименьшая масса делящегося вещества, при которой становится возможной самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция (коэффициент размножения нейтронов равен единице).