Номер 2, страница 121 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

2. Для чего в ядерных реакторах используются вещества, называемые замедлителями?

2. В ядерных реакторах, работающих на тепловых нейтронах (наиболее распространенный тип), энергия выделяется в результате цепной реакции деления тяжелых ядер, чаще всего урана-235 ($^{235}U$).

Процесс выглядит следующим образом:

1. Ядро урана-235 поглощает нейтрон и делится, высвобождая энергию и несколько (в среднем 2-3) новых нейтронов.

2. Эти новые нейтроны, родившиеся в реакции деления, являются "быстрыми", то есть обладают очень высокой кинетической энергией (порядка 1-2 МэВ).

3. Проблема заключается в том, что вероятность того, что такой "быстрый" нейтрон вызовет деление следующего ядра урана-235, очень мала. Зато вероятность деления ядра $^{235}U$ значительно (в сотни раз) возрастает, если поглощаемый им нейтрон является "медленным" или "тепловым", то есть его энергия снижена до уровня энергии теплового движения атомов окружающей среды (около 0.025 эВ).

Именно для этого и нужны вещества-замедлители. Их основная и единственная задача — эффективно замедлять быстрые нейтроны до тепловых энергий, не поглощая их при этом. Процесс замедления происходит за счет упругих столкновений нейтронов с ядрами атомов замедлителя. По законам механики, передача энергии при упругом столкновении максимальна, когда массы сталкивающихся частиц близки. Поскольку масса нейтрона очень мала, наиболее эффективными замедлителями являются вещества, содержащие легкие элементы.

Наиболее распространенные замедлители:

• Обычная ("легкая") вода (H₂O). Очень эффективный замедлитель благодаря наличию ядер водорода (протонов), масса которых почти равна массе нейтрона. Однако обычный водород склонен поглощать нейтроны, поэтому в реакторах на легкой воде приходится использовать обогащенный уран.

• Тяжелая вода (D₂O). В ней вместо обычного водорода содержится его тяжелый изотоп — дейтерий ($^{2}H$). Он замедляет нейтроны несколько хуже, чем протий, но зато поглощает их несравнимо слабее. Это позволяет использовать в качестве топлива природный, необогащенный уран.

• Графит (углерод, C). Ядра углерода заметно тяжелее нейтронов, поэтому для замедления требуется больше столкновений. Однако графит очень слабо поглощает нейтроны и дешев. Исторически использовался в первых реакторах.

Таким образом, без замедлителя управляемая цепная реакция в большинстве современных реакторов была бы невозможна.

Ответ: Вещества-замедлители в ядерных реакторах используются для снижения скорости (кинетической энергии) нейтронов, образующихся при делении ядер. Это необходимо для превращения "быстрых" нейтронов в "медленные" (тепловые), поскольку именно медленные нейтроны с гораздо большей вероятностью вызывают деление следующих ядер урана-235, что позволяет поддерживать устойчивую управляемую цепную реакцию.