Номер 835, страница 123 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Состав атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи. Деление ядер урана. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 835, страница 123.

835. В чём различие процессов деления ядер урана в реакторе и в атомной бомбе?

Решение

Основное различие между процессами деления ядер урана в ядерном реакторе и в атомной бомбе заключается в характере и скорости протекания цепной реакции. В реакторе она управляемая и протекает с постоянной скоростью, а в бомбе — неуправляемая и лавинообразная.

В ядерном реакторе целью является длительное и стабильное получение энергии. Для этого в активной зоне поддерживается управляемая самоподдерживающаяся цепная реакция. Ключевым параметром является коэффициент размножения нейтронов $k$ — отношение числа нейтронов в последующем поколении к числу нейтронов в предыдущем. В рабочем режиме реактора этот коэффициент поддерживается строго равным единице ($k=1$). Это означает, что каждый акт деления в среднем инициирует ровно один следующий акт деления. В результате мощность реактора (количество энергии, выделяемой в единицу времени) остается постоянной. Управление реакцией осуществляется с помощью:

1. Замедлителя (например, вода или графит), который снижает энергию нейтронов, делая их более эффективными для деления ядер урана-235.

2. Управляющих стержней из материалов, активно поглощающих нейтроны (бор, кадмий). Вводя или выводя стержни из активной зоны, можно регулировать количество свободных нейтронов и поддерживать $k=1$. В качестве топлива в большинстве реакторов используется низкообогащенный уран (с содержанием урана-235 около 3–5%).

В атомной бомбе, наоборот, задача состоит в том, чтобы за минимально возможное время высвободить максимальное количество энергии, то есть произвести взрыв. Для этого инициируется неуправляемая, лавинообразно нарастающая цепная реакция. Коэффициент размножения нейтронов создается значительно большим единицы ($k \gg 1$). В этом случае число делящихся ядер растет в геометрической прогрессии, что приводит к экспоненциальному росту выделения энергии. Чтобы этого достичь, несколько отдельных докритических масс делящегося вещества (высокообогащенного урана с содержанием урана-235 более 85–90% или плутония-239) при помощи обычного взрывателя сверхбыстро соединяют в одну сверхкритическую массу. Никаких замедлителей или поглотителей нейтронов в конструкции бомбы нет, так как их наличие мешало бы развитию взрывной реакции.

Таким образом, главные отличия:

• Характер реакции: в реакторе — управляемая ($k=1$), в бомбе — неуправляемая ($k \gg 1$).

• Скорость реакции: в реакторе — постоянная, контролируемая; в бомбе — лавинообразная, практически мгновенная.

• Цель: в реакторе — стабильное производство энергии; в бомбе — взрыв.

• Топливо: в реакторе — низкообогащенный уран; в бомбе — высокообогащенный уран или плутоний.

Ответ:

Различие заключается в том, что в ядерном реакторе осуществляется управляемая цепная реакция (коэффициент размножения нейтронов $k=1$), обеспечивающая постоянное и длительное выделение энергии, а в атомной бомбе — неуправляемая лавинообразная цепная реакция ($k \gg 1$), приводящая к взрыву с мгновенным высвобождением огромного количества энергии.