Номер 5, страница 232 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

5. Что называют критической массой?

Критическая масса — это наименьшая масса делящегося вещества, при которой становится возможной самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

В основе этого явления лежит процесс деления тяжелых атомных ядер (например, урана-235 или плутония-239) при захвате ими нейтрона. В результате каждого такого деления освобождается энергия и испускается несколько новых нейтронов. Эти новые нейтроны могут, в свою очередь, вызвать деление других ядер, что приводит к цепной реакции.

Чтобы реакция стала самоподдерживающейся, необходимо, чтобы в среднем хотя бы один нейтрон из каждого акта деления вызывал следующее деление. Этот процесс описывается коэффициентом размножения нейтронов $k$, который равен отношению числа нейтронов в последующем "поколении" к числу нейтронов в предыдущем.

Возможны три сценария развития реакции:

1. Если масса вещества меньше критической (подкритическое состояние), то слишком много нейтронов покидает его пределы или поглощается примесями, не вызывая деления. В этом случае коэффициент размножения $k < 1$, и начавшаяся реакция быстро затухает.

2. Если масса вещества равна критической (критическое состояние), то число делящихся ядер в единицу времени постоянно. Коэффициент размножения $k = 1$, и реакция протекает стационарно. В таком режиме работают ядерные реакторы на постоянной мощности.

3. Если масса вещества превышает критическую (надкритическое или сверхкритическое состояние), то количество нейтронов и, соответственно, число делений лавинообразно нарастает. Коэффициент размножения $k > 1$, что приводит к экспоненциальному росту энерговыделения и, в определенных условиях, к ядерному взрыву.

Стоит отметить, что критическая масса не является строгой константой для вещества, а зависит от ряда условий:
• Чистота и изотопный состав: наличие примесей, поглощающих нейтроны, увеличивает критическую массу.
• Геометрическая форма: минимальная критическая масса достигается для шара, так как он имеет наименьшую площадь поверхности при заданном объёме, что минимизирует утечку нейтронов.
• Плотность вещества: при увеличении плотности (например, с помощью взрывного обжатия) критическая масса снижается.
• Наличие отражателя нейтронов: оболочка из материала (например, бериллия), отражающего нейтроны, возвращает часть из них обратно в активную зону, тем самым уменьшая критическую массу.

Ответ: Критической массой называют наименьшую массу делящегося вещества, необходимую для начала и поддержания самоподдерживающейся цепной ядерной реакции при заданных условиях (форме, плотности, окружении).