Номер 8, страница 121 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

8. Почему в управляющих стержнях используются элементы бор и кадмий?

8. Управляющие стержни в ядерных реакторах предназначены для контроля скорости цепной реакции деления. Их основная функция — поглощение избыточных нейтронов, что позволяет регулировать мощность реактора или полностью его останавливать. Элементы бор и кадмий используются для изготовления этих стержней благодаря их уникальному свойству — очень большому сечению поглощения тепловых нейтронов, то есть чрезвычайно высокой вероятности захвата медленных нейтронов, которые и поддерживают цепную реакцию в большинстве типов реакторов.

У бора (B) эту функцию выполняет в основном изотоп бор-10 ($^{10}$B), содержание которого в природном боре составляет около 20%. Его ядро имеет аномально высокое сечение поглощения тепловых нейтронов. При захвате нейтрона происходит ядерная реакция $ ^{10}_5B + ^1_0n \rightarrow ^7_3Li + ^4_2He (\alpha) $. Продуктами реакции являются стабильные ядра лития и гелия (альфа-частица), что является преимуществом, так как не образуются долгоживущие радиоактивные отходы в самом стержне. Бор обычно применяют в виде очень твердого и тугоплавкого карбида бора ($B_4C$).

У кадмия (Cd) главным поглощающим изотопом является кадмий-113 ($^{113}$Cd), которого в природном кадмии около 12.2%. Он обладает еще большим сечением поглощения, чем бор-10. Реакция захвата нейтрона $ ^{113}_{48}Cd + ^1_0n \rightarrow ^{114}_{48}Cd + \gamma $ приводит к образованию стабильного изотопа кадмия и испусканию гамма-кванта. Недостатком чистого кадмия является его относительно низкая температура плавления (321 °C), что ограничивает его применение, поэтому его часто используют в составе сплавов (например, с серебром и индием).

Таким образом, именно выдающаяся способность бора и кадмия поглощать нейтроны делает их незаменимыми материалами для систем управления и защиты ядерных реакторов.

Ответ: Элементы бор и кадмий используются в управляющих стержнях, так как они являются эффективными поглотителями тепловых нейтронов. Их изотопы ($^{10}$B и $^{113}$Cd) имеют очень большое сечение захвата нейтронов, что позволяет с их помощью точно контролировать скорость цепной реакции деления в активной зоне ядерного реактора: введение стержней замедляет реакцию, а их извлечение — ускоряет.