Номер 3, страница 84 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-63. Деление ядер урана. Цепная реакция. Вариант 1 - номер 3, страница 84.

Условие.

3. Чем определяется возможность протекания цепной ядерной реакции?

Решение.

Возможность протекания цепной ядерной реакции определяется в первую очередь коэффициентом размножения нейтронов, обозначаемым как $\text{k}$. Этот коэффициент показывает, во сколько раз количество нейтронов в последующем "поколении" реакции больше или меньше, чем в предыдущем. Для возникновения и поддержания цепной реакции необходимо, чтобы в среднем хотя бы один из нейтронов, испускаемых при делении одного ядра, вызывал деление другого ядра.

Существует три состояния, характеризуемых этим коэффициентом:
1. Если $k < 1$, то число делений со временем уменьшается, и реакция быстро затухает. Такое состояние называется подкритическим.
2. Если $k = 1$, то число делений в единицу времени постоянно. Реакция является самоподдерживающейся и управляемой. Это критическое состояние, которое поддерживается в ядерных реакторах при работе на постоянной мощности.
3. Если $k > 1$, то число делений лавинообразно нарастает. Реакция становится неуправляемой и приводит к выделению огромного количества энергии за короткое время, то есть к ядерному взрыву. Это надкритическое состояние.

На величину коэффициента $\text{k}$ влияют несколько ключевых физических факторов. Во-первых, это масса и форма делящегося вещества. Существует минимальная, так называемая критическая масса, при которой реакция становится возможной ($k \ge 1$). Если масса меньше критической, слишком много нейтронов улетает за пределы вещества, не вызвав новых делений. Наиболее эффективной формой для удержания нейтронов является сфера. Во-вторых, важен состав вещества: наличие примесей, поглощающих нейтроны, мешает реакции, а высокая концентрация (обогащение) делящихся изотопов (например, $^{235}U$) способствует ей. В-третьих, для эффективного деления многих ядер (как уран-235) необходимо замедлять быстрые нейтроны, что достигается с помощью веществ-замедлителей (вода, графит). В-четвертых, утечку нейтронов можно уменьшить с помощью отражающей оболочки (отражателя) вокруг делящегося вещества.

Ответ: Возможность протекания цепной ядерной реакции определяется условием, при котором коэффициент размножения нейтронов $\text{k}$ больше или равен единице. Это условие достигается при наличии достаточной (критической) массы делящегося вещества, его определенной чистоты и формы, а также может зависеть от присутствия замедлителей и отражателей нейтронов.