Номер 4, страница 246 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 49. Ядерный реактор. Вопросы - номер 4, страница 246.

Условие.

4. Что происходит, если масса урана превышает критическую массу?

Решение.

4. Если масса урана (или другого делящегося вещества, например, плутония) превышает критическую массу, в нём начинается неуправляемая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция, которая приводит к ядерному взрыву.

Для понимания этого процесса необходимо рассмотреть ключевые понятия. Критическая масса – это наименьшая масса делящегося вещества, при которой возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Суть цепной реакции заключается в том, что при делении одного атомного ядра (например, урана-235) под действием нейтрона, освобождаются новые нейтроны, которые, в свою очередь, вызывают деление других ядер.

Развитие цепной реакции описывается коэффициентом размножения нейтронов $\text{k}$. Он показывает, сколько нейтронов нового "поколения" в среднем вызывает деление на каждый нейтрон предыдущего "поколения". В зависимости от массы вещества и его геометрии возможны три сценария:

Докритическое состояние. Если масса вещества меньше критической ($m < m_{крит}$), большинство нейтронов, образующихся при делении, вылетают за пределы образца, не успев вызвать новые деления. Коэффициент размножения нейтронов $k < 1$, и любая начавшаяся реакция быстро затухает.

Критическое состояние. Если масса вещества равна критической ($m = m_{крит}$), то в среднем один нейтрон из каждого акта деления вызывает новое деление. Число нейтронов в системе остается постоянным, и реакция протекает с постоянной мощностью. Коэффициент размножения $k = 1$. Этот режим используется в ядерных реакторах для контролируемого получения энергии.

Надкритическое состояние. Если масса вещества превышает критическую ($m > m_{крит}$), то более одного нейтрона от каждого акта деления вызывает новое деление. Число делящихся ядер и, следовательно, выделяемая энергия нарастают лавинообразно (экспоненциально). Коэффициент размножения $k > 1$. Происходит неуправляемая цепная реакция, которая и представляет собой ядерный взрыв.

Таким образом, превышение критической массы создает условия для стремительного, экспоненциального роста числа ядерных делений, что приводит к мгновенному высвобождению колоссального количества энергии в виде взрыва.

Ответ: Если масса урана превышает критическую массу, начинается неуправляемая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция, которая приводит к ядерному взрыву с выделением огромного количества энергии.