Номер 4, страница 241 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 60. Деление ядер урана. Цепная реакция - номер 4, страница 241.

Условие.

4. С какой целью используют замедлители нейтронов?

Решение.

Замедлители нейтронов — это вещества, которые являются ключевым компонентом большинства ядерных реакторов. Их основная цель — обеспечить условия для протекания эффективной и управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления ядер.

Процесс деления тяжелых ядер, например урана-235 ($^{235}_{92}U$), инициируется захватом нейтрона. В результате этого деления высвобождается энергия и несколько новых нейтронов. Эти новорожденные нейтроны обладают очень высокой кинетической энергией (порядка 1-2 МэВ) и называются «быстрыми» нейтронами.

Проблема заключается в том, что быстрые нейтроны имеют очень низкую вероятность вызвать деление следующего ядра урана-235. Ядра урана-235 гораздо эффективнее захватывают «медленные» (или «тепловые») нейтроны, чья кинетическая энергия сравнима с энергией теплового движения атомов (около 0.025 эВ). Вероятность (так называемое эффективное сечение реакции) деления для тепловых нейтронов в сотни раз выше, чем для быстрых.

Именно для преобразования быстрых нейтронов в медленные и используются замедлители. Быстрые нейтроны, двигаясь в активной зоне реактора, сталкиваются с ядрами вещества-замедлителя. В процессе упругих столкновений нейтроны передают часть своей кинетической энергии ядрам замедлителя, постепенно теряя скорость. Наиболее эффективно этот процесс происходит при столкновении с легкими ядрами, масса которых близка к массе самого нейтрона. Поэтому в качестве замедлителей используют вещества, содержащие легкие элементы, такие как обычная вода ($H_2O$), тяжелая вода ($D_2O$) или графит (углерод, $\text{C}$).

Таким образом, замедляя нейтроны, мы значительно повышаем вероятность того, что они вызовут новые акты деления, что позволяет поддерживать цепную реакцию, не давая ей затухнуть.

Ответ: Замедлители нейтронов используются для уменьшения скорости (кинетической энергии) быстрых нейтронов, испускаемых при делении ядер, до тепловых скоростей. Это необходимо для того, чтобы значительно увеличить вероятность захвата этих нейтронов другими делящимися ядрами (например, урана-235) и тем самым обеспечить поддержание управляемой цепной ядерной реакции.