Ответьте на вопросы, страница 228 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему возникла необходимость получать плутоний из урана-238?

Необходимость получать плутоний из урана-238 возникла в первую очередь в рамках военных ядерных программ (в частности, Манхэттенского проекта в США) как альтернатива чрезвычайно сложному и дорогостоящему процессу обогащения урана.

Суть проблемы заключалась в следующем. Природный уран более чем на 99% состоит из изотопа урана-238 ($^{238}\text{U}$) и лишь на 0,7% из урана-235 ($^{235}\text{U}$). Для поддержания цепной ядерной реакции, необходимой для создания атомной бомбы или работы энергетического реактора, нужен делящийся изотоп, которым является уран-235. Процесс его выделения из природной смеси (обогащение) технологически очень сложен, так как изотопы одного элемента химически неотличимы и их можно разделить только по ничтожной разнице в массе.

Решением стало использование самого распространённого изотопа, урана-238, в качестве сырья для получения нового делящегося элемента — плутония. Было установлено, что уран-238, поглощая нейтрон в ядерном реакторе, превращается в плутоний-239 ($^{239}\text{Pu}$) в результате двух последовательных бета-распадов. Этот изотоп плутония, как и уран-235, способен поддерживать цепную реакцию.
Схематично этот процесс выглядит так:
1. Захват нейтрона ядром урана-238: $ ^{238}_{92}\text{U} + ^{1}_{0}\text{n} \rightarrow ^{239}_{92}\text{U} $
2. Бета-распад урана-239 в нептуний-239: $ ^{239}_{92}\text{U} \rightarrow ^{239}_{93}\text{Np} + e^{-} + \bar{\nu}_e $
3. Бета-распад нептуния-239 в плутоний-239: $ ^{239}_{93}\text{Np} \rightarrow ^{239}_{94}\text{Pu} + e^{-} + \bar{\nu}_e $

Ключевое преимущество этого метода в том, что плутоний и уран — это разные химические элементы. Поэтому после облучения в реакторе их можно разделить относительно простыми химическими методами, что несравнимо легче и дешевле, чем физическое разделение изотопов урана.

Таким образом, "плутониевый путь" позволил обойти сложнейший этап обогащения и эффективно использовать обильный уран-238. Этот подход был успешно реализован для создания второй американской атомной бомбы ("Толстяк"), а в настоящее время является основой для расширения топливной базы ядерной энергетики, в частности, в концепции реакторов-размножителей.

Ответ: Необходимость получать плутоний из урана-238 возникла из-за того, что это был технологически более простой и экономически выгодный способ получения делящегося материала ($^{239}\text{Pu}$), чем чрезвычайно сложное обогащение природного урана для выделения изотопа $^{235}\text{U}$. Преимущество заключается в возможности отделить наработанный плутоний от урана химическими методами, которые гораздо проще, чем физическое разделение изотопов. Это позволило эффективно использовать обильный изотоп уран-238 как для военных целей, так и для расширения топливной базы мирной ядерной энергетики.