Номер 3, страница 240 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 60. Деление ядер урана. Цепная реакция - номер 3, страница 240.

Условие.

3. Что такое цепная ядерная реакция? Чем она отличается от обычной ядерной реакции?

Решение.

Что такое цепная ядерная реакция?

Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс, в котором реакция деления одного атомного ядра вызывает последующие реакции деления других ядер. Этот процесс лежит в основе работы ядерных реакторов и ядерного оружия.

Механизм цепной реакции основан на делении тяжелых ядер, таких как уран-235 ($_{92}^{235}U$) или плутоний-239 ($_{94}^{239}Pu$), при поглощении ими нейтрона. При делении ядро распадается на два или более легких осколочных ядра, при этом высвобождается огромное количество энергии и, что самое важное, несколько новых нейтронов (обычно 2-3). Пример такой реакции:

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

Вылетевшие нейтроны могут, в свою очередь, попасть в соседние ядра урана, вызывая их деление и испускание уже нового поколения нейтронов. Таким образом, число делящихся ядер лавинообразно нарастает. Для поддержания реакции необходимо, чтобы в среднем хотя бы один из нейтронов, образовавшихся при делении, вызывал новое деление. Эта характеристика описывается коэффициентом размножения нейтронов $\text{k}$. Если $k < 1$, реакция затухает (подкритическое состояние). Если $k = 1$, реакция протекает со стационарной скоростью (критическое состояние, используется в ядерных реакторах). Если $k > 1$, скорость реакции экспоненциально растет, что приводит к взрыву (надкритическое состояние, используется в ядерном оружии). Для возникновения цепной реакции необходимо наличие достаточного количества делящегося вещества, называемого критической массой.

Ответ: Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс последовательных делений тяжелых атомных ядер, при котором продукты одной реакции (нейтроны) инициируют последующие реакции.

Чем она отличается от обычной ядерной реакции?

Понятие «обычная ядерная реакция» — это более общий термин, который охватывает любое превращение атомных ядер, вызванное их взаимодействием с другими частицами или ядрами, а также спонтанные превращения. К таким реакциям относятся ядерное деление (распад одного ядра), ядерный синтез (слияние легких ядер в более тяжелое), радиоактивный распад (альфа-, бета-, гамма-распад) и захват частиц ядром без последующего деления.

Ключевое отличие цепной ядерной реакции от «обычной» заключается в её самоподдерживающемся характере.

1. Механизм распространения: В цепной реакции частицы, вызывающие реакцию (нейтроны), являются также её продуктами в количестве, достаточном для продолжения процесса без внешнего вмешательства. В большинстве других ядерных реакций (например, в реакции синтеза в ускорителе или при альфа-распаде) продукты реакции не способны вызвать аналогичную реакцию в соседних ядрах, и процесс прекращается после единичного акта или требует постоянного внешнего воздействия (например, пучка частиц из ускорителя).

2. Масштаб: Обычная ядерная реакция может быть единичным событием, затрагивающим одно или несколько ядер. Цепная реакция — это коллективный, макроскопический процесс, охватывающий огромное количество ядер в объеме вещества, превышающем критическую массу.

Таким образом, единичный акт деления ядра урана — это пример обычной ядерной реакции. Но когда множество таких актов вызывает друг друга, образуя лавинообразный процесс, — это уже цепная ядерная реакция.

Ответ: Цепная ядерная реакция отличается от обычной тем, что она является самоподдерживающимся процессом, где продукты реакции (нейтроны) вызывают новые, аналогичные реакции, создавая каскад. Обычная ядерная реакция — это любой единичный акт ядерного превращения, который не обязательно приводит к самоподдержанию процесса.