Номер 2, страница 240 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 60. Деление ядер урана. Цепная реакция - номер 2, страница 240.

Условие.

2. Каков механизм деления ядер урана $_{92}^{235}\text{U}$?

Решение.

Решение

Механизм деления ядра урана-235 ($_{92}^{235}\textrm{U}$) представляет собой сложный физический процесс, который чаще всего инициируется захватом медленного (теплового) нейтрона. Процесс можно условно разделить на несколько последовательных стадий, которые удобно описывать с помощью капельной модели ядра.

1. Захват нейтрона и образование составного ядра.

Процесс деления начинается, когда ядро урана-235 ($_{92}^{235}\textrm{U}$) поглощает нейтрон ($_{0}^{1}\textrm{n}$). В результате этого захвата образуется новое, составное ядро урана-236 ($_{92}^{236}\textrm{U}$) в сильно возбужденном состоянии. Энергия, которую вносит нейтрон в ядро, оказывается достаточной для того, чтобы ядро стало крайне нестабильным.

Реакция этого этапа записывается так:

$_{92}^{235}\textrm{U} + _{0}^{1}\textrm{n} \rightarrow [_{92}^{236}\textrm{U}]^*$

Здесь звездочка (*) у символа урана-236 указывает на то, что ядро находится в возбужденном, нестабильном состоянии.

2. Деформация возбужденного ядра.

Получив избыточную энергию, составное ядро $_{92}^{236}\textrm{U}$ начинает совершать интенсивные колебания, подобно возбужденной капле жидкости. Его сферическая форма нарушается: ядро сначала вытягивается, превращаясь в эллипсоид, а затем приобретает форму, напоминающую гантель, с двумя более плотными областями, соединенными тонкой перемычкой из ядерного вещества.

3. Разделение ядра.

На этой стадии силы электростатического (кулоновского) отталкивания между протонами, сконцентрированными в двух утолщениях "гантели", начинают преобладать над короткодействующими ядерными силами, которые стремятся удержать ядро в целостности. Когда деформация достигает критической точки, ядерные силы в области перемычки ослабевают настолько, что уже не могут противостоять кулоновскому отталкиванию. Перемычка разрывается, и ядро распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Эти осколки разлетаются в противоположные стороны с огромной кинетической энергией.

4. Высвобождение энергии и вторичных нейтронов.

Процесс деления является экзотермическим, то есть сопровождается выделением колоссального количества энергии — около 200 МэВ на одно разделившееся ядро. Эта энергия распределяется между кинетической энергией осколков деления, энергией гамма-квантов ($\gamma$) и кинетической энергией испускаемых нейтронов.

Ключевым моментом для практического применения является то, что при делении, помимо осколков, испускается от 2 до 3 свободных быстрых нейтронов. Именно эти вторичные нейтроны способны вызвать деление соседних ядер урана-235, что открывает возможность для самоподдерживающейся цепной ядерной реакции.

Поскольку осколки деления могут быть разными, существует множество вариантов (каналов) реакции деления. Вот два распространенных примера:

$_{92}^{235}\textrm{U} + _{0}^{1}\textrm{n} \rightarrow _{56}^{141}\textrm{Ba} + _{36}^{92}\textrm{Kr} + 3(_{0}^{1}\textrm{n}) + \textrm{энергия}$

$_{92}^{235}\textrm{U} + _{0}^{1}\textrm{n} \rightarrow _{54}^{140}\textrm{Xe} + _{38}^{94}\textrm{Sr} + 2(_{0}^{1}\textrm{n}) + \textrm{энергия}$

Ответ: Механизм деления ядра урана-235 инициируется захватом медленного нейтрона, что приводит к образованию возбужденного составного ядра урана-236. Это ядро деформируется, вытягивается и под действием кулоновских сил отталкивания разрывается на два более легких ядра-осколка. Этот процесс сопровождается высвобождением большого количества энергии и испусканием 2-3 вторичных нейтронов, которые могут вызывать деление других ядер урана, обеспечивая протекание цепной реакции.