Номер 2, страница 232 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

2. Какую реакцию называют цепной?

1. Механизм деления тяжелых ядер, таких как уран-235 ($^{235}U$) или плутоний-239 ($^{239}Pu$), можно наглядно описать с помощью капельной модели ядра. Процесс состоит из нескольких стадий.

Захват нейтрона: Процесс инициируется, когда тяжелое ядро поглощает (захватывает) медленный, или тепловой, нейтрон.

Образование возбужденного ядра: После захвата нейтрона образуется новое, составное ядро в возбужденном, крайне нестабильном состоянии. Например, при захвате нейтрона ядром урана-235 образуется возбужденное ядро урана-236 ($^{236}U^*$). Дополнительная энергия, внесенная нейтроном, и энергия связи этого нейтрона приводят ядро-каплю в состояние интенсивных колебаний.

Деформация и разделение: Возбужденное ядро начинает сильно колебаться, меняя свою сферическую форму на эллипсоидальную. Силы электростатического отталкивания между протонами стремятся разорвать ядро, в то время как поверхностное натяжение, обусловленное ядерными силами, стремится вернуть ядру сферическую форму. Если энергия возбуждения достаточна, ядро деформируется настолько сильно, что в нем образуется "перетяжка", которая утончается, и в итоге ядро разрывается на две (реже три) части, называемые осколками деления.

Продукты деления: Осколки деления представляют собой ядра элементов из середины таблицы Менделеева. Они разлетаются с огромной кинетической энергией (около 165 МэВ) из-за сильного кулоновского отталкивания. Кроме осколков, в процессе деления почти мгновенно испускается несколько (в среднем 2-3) свободных нейтронов и гамма-кванты. Общая выделяющаяся энергия (около 200 МэВ на одно ядро) — это результат превращения дефекта масс (разницы между массой исходного ядра и нейтрона и суммой масс продуктов реакции) в энергию согласно формуле Эйнштейна $E=\Delta mc^2$.

Пример одной из многих возможных реакций деления ядра урана-235:

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

где $E$ – выделяющаяся энергия.

Ответ: Механизм деления тяжелых ядер заключается в захвате ядром нейтрона, что приводит к его возбуждению и колебаниям. Под действием кулоновских сил отталкивания ядро деформируется и разрывается на два более легких осколка. Этот процесс сопровождается высвобождением огромного количества энергии, а также испусканием нескольких нейтронов и гамма-квантов.

2. Цепной ядерной реакцией называют процесс, в котором каждая реакция инициирует последующие аналогичные реакции, благодаря чему процесс может поддерживать сам себя.

В контексте ядерной физики, это самоподдерживающаяся последовательность реакций деления тяжелых ядер. Механизм цепной реакции основан на том, что при делении одного атомного ядра (например, урана-235) испускается несколько свободных нейтронов (в среднем 2-3). Эти новорожденные нейтроны, в свою очередь, могут быть захвачены другими, еще не разделившимися, тяжелыми ядрами, вызывая их деление. Каждое из этих новых делений также высвобождает нейтроны, которые инициируют деление следующих ядер. Таким образом, количество актов деления в веществе может нарастать подобно лавине.

Для количественного описания развития цепной реакции используют коэффициент размножения нейтронов $k$. Он равен отношению числа нейтронов, вызывающих деление ядер в данном поколении, к числу нейтронов, вызвавших деление в предыдущем поколении.

В зависимости от величины коэффициента $k$ различают три режима протекания реакции:

1. Если $k < 1$, то число нейтронов убывает от поколения к поколению, и реакция быстро затухает. Такой режим называют подкритическим.

2. Если $k = 1$, то число нейтронов, а следовательно и число делений в единицу времени, остается постоянным. Реакция протекает стационарно. Такой режим называют критическим, он осуществляется в ядерных реакторах в рабочем режиме.

3. Если $k > 1$, то число нейтронов и число делений лавинообразно нарастает с течением времени. Реакция приобретает взрывной характер. Такой режим называют надкритическим, он используется в ядерном оружии.

Для протекания цепной реакции необходимо, чтобы масса делящегося вещества (например, урана) была не меньше некоторого значения, называемого критической массой.

Ответ: Цепная реакция — это самоподдерживающийся процесс деления тяжелых ядер, при котором нейтроны, высвобождающиеся в одном акте деления, вызывают деление других ядер, что приводит к экспоненциальному росту числа делений при определенных условиях.