Страница 276 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Почему деление ядра может начаться только тогда, когда оно деформируется под действием поглощённого им нейтрона?

1. Почему деление ядра может начаться только тогда, когда оно деформируется под действием поглощённого им нейтрона?

Деление тяжелых атомных ядер объясняется с помощью капельной модели, согласно которой ядро уподобляется капле заряженной несжимаемой жидкости. Стабильность ядра определяется балансом двух противоборствующих сил:

• Ядерные силы притяжения: это мощные, но короткодействующие силы, удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) вместе. Подобно силам поверхностного натяжения в капле воды, они стремятся минимизировать поверхность ядра, придавая ему сферическую форму.
• Кулоновские силы отталкивания: это дальнодействующие электростатические силы, которые действуют между одноименно заряженными протонами и стремятся разорвать ядро.

В устойчивом тяжелом ядре, например урана-235 ($^{235}_{92}U$), ядерные силы преобладают над кулоновскими, и ядро сохраняет свою целостность. Когда такое ядро поглощает нейтрон, оно переходит в возбужденное состояние ($^{236}_{92}U^*$), получая дополнительную энергию. Эта энергия вызывает интенсивные колебания ядра, что приводит к его деформации — оно вытягивается, принимая сначала форму эллипсоида, а затем гантели.

Критическая важность деформации заключается в том, как она влияет на баланс сил:

1. При растяжении ядра увеличивается его поверхность, что ослабляет действие короткодействующих ядерных сил (подобно тому, как поверхностное натяжение капли не может удержать ее от разрыва при сильном растяжении).
2. В то же время, дальнодействующие кулоновские силы отталкивания между протонами, сконцентрированными в образующихся "половинках" гантели, становятся доминирующими.

Когда деформация достигает определенного порога (так называемого барьера деления), силы отталкивания становятся необратимо больше сил притяжения. В этот момент ядро разрывается на два (реже три) осколка. Таким образом, деформация является необходимым этапом, который позволяет кулоновским силам преодолеть ядерное притяжение и инициировать процесс деления.

Ответ: Деление ядра начинается с его деформации, потому что именно изменение сферической формы на вытянутую позволяет дальнодействующим силам кулоновского отталкивания между протонами преодолеть короткодействующие ядерные силы притяжения. В сферическом ядре ядерные силы сильнее, но при его растяжении они ослабевают, а кулоновское отталкивание между удаляющимися частями ядра становится доминирующим, что и приводит к его разрыву на осколки.

2. Что образуется в результате деления ядра?

В результате деления тяжелого атомного ядра (например, урана-235) под действием нейтрона образуется несколько различных продуктов:

• Два (реже три) осколка деления. Это ядра более легких химических элементов, расположенных в средней части таблицы Менделеева. Например, типичными продуктами деления урана являются ядра бария ($^{141}_{56}Ba$) и криптона ($^{92}_{36}Kr$), или ксенона ($^{140}_{54}Xe$) и стронция ($^{94}_{38}Sr$). Конкретный состав осколков носит вероятностный характер. Эти осколки, как правило, содержат избыток нейтронов и поэтому являются радиоактивными.
• Свободные нейтроны. В каждом акте деления мгновенно испускается в среднем 2-3 быстрых нейтрона. Именно эти нейтроны могут вызвать деление соседних ядер урана, обеспечивая возможность протекания цепной ядерной реакции.
• Энергия. Выделяется колоссальное количество энергии — около $200 \ МэВ$ на один акт деления. Эта энергия распределяется в виде:
  • кинетической энергии осколков деления (основная часть);
  • кинетической энергии свободных нейтронов;
  • энергии гамма-излучения ($\gamma$-квантов), сопровождающего деление;
  • энергии последующего радиоактивного распада осколков.

Пример одной из возможных реакций деления урана-235: $$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n $$

Ответ: В результате деления ядра образуются два (реже три) более легких ядра-осколка, 2-3 свободных нейтрона и выделяется большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции и гамма-излучения.

2. Что образуется в результате деления ядра?

Что формируется под действием поглощенного им нейтрона?

Когда тяжелое атомное ядро, способное к делению (например, ядро урана-235, $ _{92}^{235}\text{U} $), поглощает (захватывает) нейтрон ($ _{0}^{1}\text{n} $), оно переходит в новое, крайне нестабильное состояние. В результате этого процесса формируется так называемое составное ядро. Это ядро нового изотопа (в случае с ураном-235 это уран-236, $ _{92}^{236}\text{U} $), которое находится в сильно возбужденном состоянии из-за дополнительной энергии, внесенной нейтроном. Эту реакцию можно записать так:$ _{92}^{235}\text{U} + _{0}^{1}\text{n} \rightarrow [_{92}^{236}\text{U}]^* $Знак звездочки ($*$) как раз и указывает на то, что ядро возбуждено. Составное ядро существует очень короткое время (порядка $10^{-14}$–$10^{-12}$ с), испытывая сильные колебания формы, подобные колебаниям капли жидкости. Эти колебания приводят к тому, что ядро вытягивается, в нем образуется "шейка", которая затем разрывается, и ядро делится на части.

Ответ: Под действием поглощенного нейтрона формируется возбужденное составное ядро, которое является нестабильным и существует очень короткое время перед делением.

2. Что образуется в результате деления ядра?

В результате деления тяжелого возбужденного ядра образуется несколько продуктов. Основными из них являются:

1. Два (реже три) более легких ядра, которые называют осколками деления. Как правило, деление асимметрично, то есть массы осколков неодинаковы (например, один осколок может иметь массовое число в диапазоне 90–100, а второй — 130–140). Эти осколки являются ядрами элементов из средней части периодической таблицы (например, барий, криптон, ксенон, стронций). Осколки деления, как правило, перегружены нейтронами и являются радиоактивными.

2. Два или три свободных нейтрона. Эти мгновенные нейтроны испускаются практически одновременно с процессом деления. Именно они способны вызывать деление соседних тяжелых ядер, что обеспечивает возможность протекания цепной ядерной реакции.

3. Энергия в виде гамма-квантов ($\gamma$-излучение) и кинетической энергии всех образующихся частиц.

Ответ: В результате деления ядра образуются два более легких радиоактивных ядра (осколки деления), несколько свободных нейтронов и выделяется энергия в виде гамма-излучения и кинетической энергии продуктов реакции.

3. В какую энергию переходит...

Этот вопрос, скорее всего, подразумевает: "В какую энергию переходит дефект масс при делении ядра?".При делении ядра наблюдается явление, называемое дефектом масс. Суть его в том, что суммарная масса покоя всех продуктов деления (осколков и нейтронов) оказывается меньше, чем масса покоя исходного тяжелого ядра и поглощенного им нейтрона. Эта "пропавшая" масса $\Delta m$ не исчезает бесследно, а в соответствии с принципом эквивалентности массы и энергии, открытым А. Эйнштейном, переходит в огромное количество энергии $E$:$E = \Delta m c^2$где $c$ — скорость света в вакууме.Эта выделившаяся энергия (энергия связи) распределяется между продуктами деления. Основная ее часть (около 85%) переходит в кинетическую энергию разлетающихся с огромной скоростью осколков деления. Оставшаяся часть приходится на кинетическую энергию нейтронов, энергию гамма-квантов, а также энергию, которая выделяется при последующих радиоактивных распадах осколков. В макроскопических масштабах, например, в ядерном реакторе, кинетическая энергия частиц в результате их столкновений с другими атомами среды преобразуется в тепловую энергию.

Ответ: Дефект масс, возникающий при делении ядра, переходит в энергию, которая выделяется в виде кинетической энергии осколков деления и нейтронов, а также энергии гамма-излучения. В конечном счёте эта энергия преобразуется в тепловую энергию.

3. В какую энергию переходит часть внутренней энергии ядра при его делении; кинетическая энергия осколков ядра урана при их торможении в окружающей среде?

В какую энергию переходит часть внутренней энергии ядра при его делении

Решение

При делении тяжелого атомного ядра, например, урана, происходит высвобождение энергии. Это связано с тем, что суммарная энергия связи нуклонов в образовавшихся ядрах-осколках оказывается больше, чем энергия связи нуклонов в исходном тяжелом ядре. Вследствие этого суммарная масса покоя продуктов деления (осколков и нейтронов) меньше массы покоя исходного ядра. Эта разница масс, называемая дефектом масс $\Delta m$, и превращается в энергию согласно фундаментальному соотношению Эйнштейна: $E = \Delta m c^2$, где $c$ — скорость света в вакууме. Эта выделившаяся энергия, которая представляет собой часть высвобожденной внутренней энергии исходного ядра, распределяется между продуктами реакции. В основном она переходит в:

1. Кинетическую энергию осколков деления. Это основная часть (около 80–85%) выделяемой энергии. Осколки, имеющие большие положительные заряды, с огромной силой отталкиваются друг от друга (кулоновские силы) и разлетаются с высокими скоростями.

2. Кинетическую энергию нейтронов, испускаемых в процессе деления.

3. Энергию гамма-излучения ($\gamma$-квантов), которое сопровождает процесс деления.

Кроме того, часть энергии выделяется позже, в процессе радиоактивного распада нестабильных осколков.

Ответ: Часть внутренней энергии ядра при его делении переходит главным образом в кинетическую энергию разлетающихся осколков и испускаемых нейтронов, а также в энергию гамма-излучения.

В какую энергию переходит кинетическая энергия осколков ядра урана при их торможении в окружающей среде

Решение

Осколки деления ядра урана, обладающие огромной кинетической энергией, движутся в веществе (например, в топливном элементе ядерного реактора). При своем движении они интенсивно взаимодействуют с атомами и молекулами окружающей среды. В ходе этого взаимодействия (торможения) происходит передача кинетической энергии осколков частицам среды. Этот процесс включает в себя многократные столкновения, ионизацию и возбуждение атомов среды. В результате этих микроскопических взаимодействий упорядоченная энергия движения осколков преобразуется в энергию хаотического (теплового) движения атомов и молекул среды. Макроскопически это проявляется как повышение внутренней энергии среды, то есть её сильный нагрев.

Ответ: Кинетическая энергия осколков ядра урана при их торможении в окружающей среде переходит во внутреннюю (тепловую) энергию этой среды, что приводит к ее нагреву.

4. Как идёт реакция деления ядер урана — с выделением энергии в окружающую среду или, наоборот, с поглощением энергии?

4. Решение

Реакция деления ядер урана происходит со значительным выделением энергии в окружающую среду. Этот процесс является экзотермическим, то есть сопровождается выделением тепла и других форм энергии.

Причиной выделения энергии служит явление, известное как «дефект масс». Суть его в том, что масса исходного тяжелого ядра урана оказывается больше, чем суммарная масса всех продуктов реакции деления (осколочных ядер и нейтронов). Эта разница масс, или дефект массы $\Delta m$, не исчезает, а преобразуется в энергию $E$ в соответствии с фундаментальным принципом эквивалентности массы и энергии, открытым А. Эйнштейном:

$E = \Delta m \cdot c^2$

где $c$ — скорость света в вакууме (приблизительно $3 \cdot 10^8$ м/с).

С точки зрения ядерной физики, это объясняется различиями в удельной энергии связи нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Удельная энергия связи — это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, отнесенная к числу нуклонов в ядре. Чем она выше, тем прочнее и стабильнее ядро. У тяжелых ядер, таких как уран-235, удельная энергия связи составляет около 7,6 МэВ/нуклон. Продукты деления — это ядра элементов из середины таблицы Менделеева (например, барий и криптон), у которых удельная энергия связи выше и составляет около 8,5 МэВ/нуклон. Когда ядро урана делится, образуются более прочно связанные ядра. Система переходит в более устойчивое состояние с меньшей внутренней энергией, а разница в энергиях выделяется вовне.

Типичный пример реакции деления ядра урана-235 под действием медленного нейтрона выглядит так:

$_{0}^{1}\textrm{n} + _{92}^{235}\textrm{U} \rightarrow _{92}^{236}\textrm{U}^* \rightarrow _{56}^{141}\textrm{Ba} + _{36}^{92}\textrm{Kr} + 3\cdot{_{0}^{1}\textrm{n}} + E$

В результате одного такого акта деления выделяется колоссальная по атомным меркам энергия — около 200 МэВ. Эта энергия в основном переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и нейтронов, а также выделяется в виде гамма-излучения.

Ответ: Реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду.

5. Расскажите о механизме протекания цепной реакции, используя рисунок 187.

5. Расскажите о механизме протекания цепной реакции, используя рисунок 187.

Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс деления тяжелых атомных ядер, в ходе которого продукты одной реакции (нейтроны) вызывают последующие реакции такого же типа. Механизм цепной реакции деления, например, ядер урана-235 ($^{235}_{92}U$), можно описать следующими этапами:

1. Инициирование. Процесс начинается, когда свободный нейтрон ($n$) попадает в ядро делящегося вещества, например, урана-235. Ядро поглощает нейтрон, превращаясь в возбужденное ядро урана-236 ($^{236}_{92}U$). Это ядро крайне нестабильно.

   Пример реакции: $n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{236}_{92}U^*$

2. Деление ядра. Нестабильное ядро $^{236}_{92}U$ практически мгновенно (за время порядка $10^{-14}$ с) распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. При этом также высвобождается огромное количество энергии (около 200 МэВ на одно ядро) и, что ключевое для цепной реакции, от двух до трех новых нейтронов.

   Пример реакции: $^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3n + E$

3. Развитие цепи. Нейтроны, родившиеся в результате деления, могут, в свою очередь, попасть в другие ядра урана-235, вызывая их деление. Каждое новое деление порождает новые нейтроны и новую порцию энергии. Процесс начинает лавинообразно нарастать.

Для количественного описания цепной реакции используется коэффициент размножения нейтронов ($k$) — отношение числа нейтронов в последующем поколении к числу нейтронов в предыдущем.

• Если $k < 1$, реакция является затухающей (подкритической). Число делений со временем уменьшается, и реакция прекращается.
• Если $k = 1$, реакция является стационарной (критической). Число делений в единицу времени постоянно. Этот режим используется в ядерных реакторах для контролируемого получения энергии.
• Если $k > 1$, реакция является развивающейся (надкритической). Число делений лавинообразно нарастает, что приводит к выделению огромного количества энергии за короткое время (ядерный взрыв).

Таким образом, механизм цепной реакции основан на том, что каждое событие деления ядра порождает частицы (нейтроны), способные вызвать новые аналогичные события, обеспечивая самоподдержание и развитие процесса. Визуально (как, вероятно, показано на рисунке 187) это выглядит как разветвляющаяся цепь: один нейтрон вызывает деление, которое порождает 2-3 новых нейтрона, каждый из которых может вызвать новое деление, и так далее.

Ответ: Цепная реакция — это процесс, в котором деление одного атомного ядра, инициированное нейтроном, приводит к испусканию новых нейтронов, которые, в свою очередь, вызывают деление других ядер. Это создает самоподдерживающуюся или лавинообразно нарастающую последовательность делений, сопровождающуюся выделением огромной энергии.

6. Что называют критической массой урана?

Критическая масса — это наименьшая масса делящегося вещества (например, урана-235 или плутония-239), при которой в нем может протекать самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

Понятие критической массы связано с балансом между рождением и потерей нейтронов в объеме вещества. Нейтроны, образующиеся при делении ядер, могут либо вызвать новое деление, либо быть захваченными ядром без деления, либо покинуть пределы образца. Для поддержания цепной реакции необходимо, чтобы в среднем хотя бы один нейтрон из каждого акта деления вызывал следующее деление (то есть коэффициент размножения нейтронов $k$ был не меньше единицы).

Количество производимых нейтронов пропорционально объему вещества (а значит, и его массе), в то время как количество нейтронов, покидающих образец, пропорционально площади его поверхности. С увеличением размеров образца его объем растет быстрее ($V \sim r^3$), чем площадь поверхности ($S \sim r^2$). Следовательно, в большом образце вероятность того, что нейтрон вылетит наружу, не успев прореагировать с ядром, уменьшается.

Критическая масса достигается тогда, когда число рождающихся нейтронов становится равным числу теряемых нейтронов (за счет вылета и захвата без деления), то есть коэффициент размножения $k=1$. Если масса меньше критической (подкритическая масса), большинство нейтронов будет покидать вещество, и цепная реакция затухнет. Если масса больше критической (надкритическая масса), цепная реакция будет лавинообразно нарастать.

Величина критической массы зависит от множества факторов:

• Изотопный состав: для урана-235 она одна, для плутония-239 — другая.
• Плотность вещества: чем выше плотность, тем меньше критическая масса.
• Геометрическая форма: минимальной критической массой обладает образец сферической формы, так как сфера имеет наименьшую площадь поверхности при заданном объеме.
• Наличие отражателя нейтронов (рефлектора): оболочка из материала, хорошо отражающего нейтроны (например, бериллий), возвращает часть вылетающих нейтронов обратно в активную зону, что существенно снижает критическую массу.

Например, для шара из чистого металлического урана-235 ($^{235}U$) критическая масса составляет около 52 кг.

Ответ: Критическая масса урана — это минимальная масса урана (конкретного изотопа, например, $^{235}U$), достаточная для начала самоподдерживающейся цепной ядерной реакции деления.

7. Возможно ли [осуществить цепную реакцию в природном уране?]

Ответ на этот вопрос зависит от условий, в которых находится природный уран. В простом куске металлического природного урана самоподдерживающаяся цепная реакция невозможна. Однако в специально сконструированной установке — ядерном реакторе — это возможно.

Природный уран состоит в основном из двух изотопов: примерно 99.3% составляет уран-238 ($^{238}U$) и лишь около 0.7% — уран-235 ($^{235}U$).

1. Ядра урана-235 способны делиться под действием нейтронов любой энергии, но особенно эффективно они делятся под действием медленных (тепловых) нейтронов.
2. Ядра урана-238 в основном поглощают нейтроны, не делясь. Этот процесс (радиационный захват) особенно вероятен для нейтронов промежуточных энергий. Деление $^{238}U$ возможно, но только под действием очень быстрых нейтронов.

В сплошном блоке природного урана нейтроны, рождающиеся при спонтанном или вынужденном делении немногих ядер $^{235}U$, имеют высокую энергию. Замедляясь, они с очень высокой вероятностью поглощаются многочисленными ядрами $^{238}U$ и не успевают вызвать деление других ядер $^{235}U$. В результате коэффициент размножения нейтронов $k$ оказывается значительно меньше единицы, и цепная реакция затухает.

Чтобы осуществить цепную реакцию в природном уране, необходимо использовать замедлитель нейтронов — вещество, состоящее из легких ядер (например, тяжелая вода D₂O или чистый графит C), которое эффективно замедляет быстрые нейтроны до тепловых энергий, при этом слабо их поглощая. В ядерном реакторе урановые блоки размещают внутри замедлителя. Быстрые нейтроны, вылетевшие из уранового блока, попадают в замедлитель, теряют в нем свою энергию и, став медленными, возвращаются в уран, где с высокой вероятностью вызывают деление ядер $^{235}U$. Это позволяет достичь условия $k \ge 1$ и поддерживать цепную реакцию.

Ответ: В сплошном куске природного урана цепная реакция невозможна из-за поглощения нейтронов преобладающим изотопом ураном-238. Однако цепную реакцию в природном уране можно осуществить в ядерном реакторе, используя замедлитель нейтронов (например, тяжелую воду или графит), который повышает эффективность деления урана-235.

6. Что называют критической массой урана?

Критическая масса урана — это наименьшая масса делящегося вещества (в данном случае, изотопа урана, способного к цепной реакции, например, урана-235), при которой в нём может происходить самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

Чтобы понять это определение, рассмотрим процесс цепной реакции. При делении одного ядра урана-235 под действием нейтрона освобождается не только огромное количество энергии, но и несколько (в среднем 2-3) новых нейтронов. Эти нейтроны, в свою очередь, могут вызвать деление других ядер урана. Так возникает цепная реакция.

Однако не все нейтроны, рождённые в реакции, вызывают новые деления. Часть из них может:

• Вылететь за пределы образца урана.
• Быть поглощённой ядрами примесей или ядрами урана-238, которые не делятся под действием быстрых нейтронов так же эффективно.

Соотношение между числом образующихся нейтронов и числом теряемых нейтронов определяет, будет ли реакция продолжаться. Это соотношение описывается коэффициентом размножения нейтронов $k$. Этот коэффициент равен отношению числа нейтронов последующего поколения к числу нейтронов предыдущего поколения в объеме делящегося вещества.

• Если масса урана меньше критической (подкритическое состояние, $k < 1$), то большинство нейтронов улетает из образца, не успев прореагировать с ядрами. Цепная реакция быстро затухает.
• Если масса урана равна критической (критическое состояние, $k = 1$), то число нейтронов, вызывающих деление, остается постоянным во времени. В системе устанавливается стабильная, самоподдерживающаяся цепная реакция. На этом принципе работают ядерные реакторы в стационарном режиме.
• Если масса урана больше критической (сверхкритическое или надкритическое состояние, $k > 1$), то число нейтронов лавинообразно нарастает, что приводит к экспоненциальному росту числа делений и выделению огромной энергии за короткое время — к ядерному взрыву.

Величина критической массы зависит от нескольких факторов:

• Изотопный состав: Чем выше концентрация (обогащение) делящегося изотопа (уран-235), тем меньше критическая масса.
• Плотность вещества: С увеличением плотности атомы сближаются, и вероятность для нейтрона вызвать деление до того, как он покинет образец, возрастает. Поэтому более плотное вещество имеет меньшую критическую массу.
• Геометрическая форма: Наименьшую критическую массу имеет образец в форме шара, так как шар обладает минимальной площадью поверхности при заданном объеме, что уменьшает утечку нейтронов.
• Наличие отражателя нейтронов (рефлектора): Окружение урана материалом, который хорошо отражает нейтроны (например, бериллий или графит), возвращает часть вылетающих нейтронов обратно в активную зону, что также снижает критическую массу.

Например, для шара из чистого урана-235 критическая масса составляет около 49 кг.

Ответ: Критической массой урана называют минимальную массу делящегося изотопа урана (например, урана-235), необходимую для начала самоподдерживающейся цепной ядерной реакции, при которой коэффициент размножения нейтронов равен единице ($k=1$).

7. Возможно ли протекание цепной реакции, если масса урана меньше критической; больше критической? Почему?

6. Что называют критической массой урана?

Критическая масса урана — это наименьшая масса делящегося вещества (например, изотопа урана-235), при которой возможно протекание самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.

Для поддержания цепной реакции необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов $k$ был не меньше единицы. Этот коэффициент определяется как отношение числа нейтронов последующего поколения, вызывающих деление, к числу нейтронов предыдущего поколения.

В массе урана, меньшей критической, большинство нейтронов, образующихся при делении, вылетает за пределы образца, не успев вызвать новые деления. В этом случае $k < 1$, и цепная реакция быстро затухает.

Критическая масса — это такая масса, при которой число нейтронов, рождающихся в ходе реакции, в среднем равно числу нейтронов, теряемых (покидающих образец или поглощаемых без деления). Это состояние соответствует коэффициенту размножения $k = 1$, при котором реакция становится стационарной и самоподдерживающейся.

Ответ: Критической массой урана называют минимальную массу, при которой в веществе может протекать самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

7. Возможно ли протекание цепной реакции, если масса урана меньше критической; больше критической? Почему?

Масса урана меньше критической. В этом случае самоподдерживающаяся цепная реакция невозможна.

Почему? При массе меньше критической (докритическое состояние) число нейтронов, покидающих вещество или поглощаемых без деления, превышает число нейтронов, рождающихся в новых актах деления. Коэффициент размножения нейтронов $k < 1$. Каждое последующее "поколение" делений будет слабее предыдущего, и любая начавшаяся реакция быстро затухнет.

Масса урана больше критической. В этом случае цепная реакция возможна и будет лавинообразно нарастать.

Почему? При массе больше критической (сверхкритическое состояние) число нейтронов, вызывающих новые деления, превосходит число нейтронов, теряемых. Коэффициент размножения нейтронов $k > 1$. Количество делений ядер в единицу времени экспоненциально растет, что приводит к мощному выделению энергии.

Ответ: Если масса урана меньше критической, цепная реакция невозможна из-за больших потерь нейтронов ($k<1$). Если масса больше критической, реакция возможна и будет нарастать, так как рождение нейтронов преобладает над их потерями ($k>1$).