Номер 5, страница 304 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Авторы: Пёрышкин И. М., Гутник Е. М., Иванов А. И., Петрова М. А.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2023 - 2025
Уровень обучения: базовый
Цвет обложки: белый, синий
ISBN: 978-5-09-102556-9
Допущено Министерством просвещения Российской Федерации
Популярные ГДЗ в 9 классе
Ответь на вопросы. § 63. Деление ядер урана. Цепная реакция. Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 5, страница 304.
№5 (с. 304)
Условие. №5 (с. 304)
скриншот условия

5. Расскажите о механизме протекания цепной реакции, используя рисунок 209.

Решение. №5 (с. 304)

Решение 2. №5 (с. 304)
Расскажите о механизме протекания цепной реакции, используя рисунок 209.
Поскольку рисунок 209 не представлен, опишем общий механизм цепной ядерной реакции на примере деления ядер урана-235.
Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс деления тяжелых атомных ядер, в котором нейтроны, испускаемые при делении одного ядра, вызывают деление других ядер.
Механизм протекания реакции можно разбить на несколько стадий:
1. Начало (инициирование) реакции: Свободный, обычно медленный (тепловой) нейтрон, попадает в ядро делящегося вещества, например, урана-235 ($_{92}^{235}\text{U}$).
2. Деление ядра: Ядро урана поглощает нейтрон, переходит в возбужденное состояние ($_{92}^{236}\text{U}$) и практически мгновенно распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления (например, ядра бария и криптона). Этот процесс сопровождается выделением огромного количества энергии (около 200 МэВ на одно ядро) в виде кинетической энергии осколков и гамма-излучения.
3. Образование новых нейтронов: Самое важное для цепной реакции — то, что при каждом акте деления, помимо осколков, освобождается от 2 до 3 новых нейтронов. Пример реакции может выглядеть так:
$_{0}^{1}\text{n} + _{92}^{235}\text{U} \rightarrow _{56}^{141}\text{Ba} + _{36}^{92}\text{Kr} + 3(_{0}^{1}\text{n}) + \text{E}$
4. Развитие цепи: Нейтроны, появившиеся в результате деления, могут, в свою очередь, попасть в соседние ядра урана-235 и вызвать их деление. Каждый такой акт снова порождает новые нейтроны и энергию. Процесс приобретает лавинообразный характер.
Для характеристики цепной реакции используется коэффициент размножения нейтронов ($k$) — отношение числа нейтронов в последующем "поколении" к числу нейтронов в предыдущем.
- Если $k < 1$, число делений со временем уменьшается, и реакция затухает (подкритическое состояние).
- Если $k = 1$, число делений постоянно, реакция протекает со стабильной скоростью (критическое состояние). Этот режим используется в ядерных реакторах.
- Если $k > 1$, число делений экспоненциально растет, что приводит к выделению огромной энергии за короткое время — ядерному взрыву (надкритическое состояние).
Ответ: Цепная реакция — это процесс, при котором деление одного ядра инициирует деление других ядер. Она начинается с попадания нейтрона в ядро (например, урана-235), которое затем делится, высвобождая энергию и несколько новых нейтронов. Эти новые нейтроны вызывают деление следующих ядер, поддерживая и развивая реакцию по цепному, лавинообразному принципу.
6. Что называют критической массой урана?
Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества (например, урана-235), при которой возможно протекание самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.
Существование критической массы связано с тем, что не все нейтроны, образующиеся при делении ядер, участвуют в последующих делениях. Часть нейтронов может быть захвачена неделящимися примесями, а часть — вылететь за пределы образца урана.
В куске урана малого размера поверхность относительно велика по сравнению с объемом. Большинство нейтронов, рожденных внутри, будут покидать его, не успев встретить на своем пути другие ядра урана. В этом случае коэффициент размножения нейтронов $k$ будет меньше единицы, и цепная реакция не начнется.
При увеличении массы урана его объем растет быстрее, чем площадь поверхности (объем пропорционален кубу радиуса $r^3$, а площадь — квадрату радиуса $r^2$). Это означает, что для нейтрона, рожденного в центре большого куска, вероятность встретить другое ядро урана на своем пути к поверхности становится выше. Когда масса достигает такого значения, что в среднем хотя бы один из нейтронов, образовавшихся при делении, вызывает новый акт деления (т.е. $k \ge 1$), масса считается критической (или надкритической).
Величина критической массы зависит от:
- Изотопного состава (чистоты урана-235).
- Плотности вещества (при сжатии критическая масса уменьшается).
- Геометрической формы (минимальная критическая масса у шара, так как у него наименьшая площадь поверхности при заданном объеме).
- Наличия отражающей нейтроны оболочки (нейтронный отражатель возвращает часть вылетающих нейтронов обратно в уран, снижая критическую массу).
Например, для шара из чистого урана-235 критическая масса составляет около 47 кг.
Ответ: Критическая масса урана — это минимальная масса, необходимая для того, чтобы цепная реакция деления стала самоподдерживающейся, то есть чтобы число образующихся нейтронов компенсировало их потерю.
7. Возможно ли ... (осуществить цепную реакцию в природном уране?)
Предполагая, что полный вопрос звучит как "Возможно ли осуществить цепную реакцию в природном уране?", ответ будет следующим.
Осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию в обычном куске природного урана невозможно.
Это связано с его изотопным составом. Природный уран состоит в основном из двух изотопов:
- Уран-238 ($_{92}^{238}\text{U}$) — около 99,3%.
- Уран-235 ($_{92}^{235}\text{U}$) — около 0,7%.
Цепную реакцию поддерживает в основном изотоп уран-235, который эффективно делится под действием как быстрых, так и медленных (тепловых) нейтронов. Нейтроны, которые рождаются в процессе деления, являются быстрыми.
Проблема заключается в поведении преобладающего изотопа, урана-238. Он не делится под действием медленных нейтронов, а с высокой вероятностью поглощает их. Под действием быстрых нейтронов он может делиться, но не так эффективно, чтобы поддерживать цепную реакцию. Более того, уран-238 эффективно поглощает нейтроны средних энергий.
Таким образом, в природном уране быстрые нейтроны, рожденные при делении немногочисленных ядер урана-235, с гораздо большей вероятностью будут поглощены многочисленными ядрами урана-238, чем вызовут новое деление. Коэффициент размножения нейтронов $k$ всегда будет меньше единицы, и реакция затухнет.
Однако цепную реакцию в природном уране (или в слабообогащенном уране) можно осуществить при выполнении специальных условий, которые реализуются в ядерных реакторах. Для этого используют замедлитель нейтронов (например, тяжелую воду или графит). Замедлитель эффективно снижает энергию быстрых нейтронов до тепловых (медленных). Медленные нейтроны имеют очень высокую вероятность вызвать деление урана-235 и очень низкую вероятность быть поглощенными ураном-238. Это позволяет достичь $k=1$ и поддерживать управляемую цепную реакцию.
Ответ: Нет, в обычном куске природного урана цепная реакция невозможна из-за того, что изотоп уран-238, составляющий его основу, поглощает нейтроны, не давая реакции развиться. Однако реакцию можно осуществить в специальных установках (ядерных реакторах), используя замедлитель нейтронов.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Мы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 9 класс, для упражнения номер 5 расположенного на странице 304 к учебнику 2023 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №5 (с. 304), авторов: Пёрышкин (И М), Гутник (Елена Моисеевна), Иванов (Александр Иванович), Петрова (Мария Арсеньевна), ФГОС (новый, красный) базовый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.