Задание 2, страница 229 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 2

По рисунку 224 объясните действие ядерного реактора-размножителя, в котором из урана – 238 получают плутон.

Ядерный реактор-размножитель (или бридер) — это тип ядерного реактора, который не только производит энергию за счет цепной реакции деления, но и воспроизводит новое ядерное топливо, зачастую в количестве, превышающем потребляемое. Процесс получения плутония из урана-238 является ключевым для работы такого реактора.

Основным сырьем для этого процесса служит уран-238 ($^{238}_{92}U$), неделящийся изотоп, который составляет более 99% природного урана. Цепная реакция в активной зоне реактора поддерживается за счет деления ядер "запального" топлива, например, урана-235 ($^{235}_{92}U$). При делении этих ядер высвобождается энергия и несколько быстрых нейтронов.

Часть этих нейтронов поддерживает цепную реакцию, а другая часть поглощается ядрами урана-238. Захват нейтрона ($^{1}_{0}n$) ядром урана-238 приводит к образованию его нестабильного изотопа — урана-239:
$ ^{238}_{92}U + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{239}_{92}U $

Уран-239 является радиоактивным и претерпевает бета-распад с периодом полураспада около 23,5 минут. В ходе этого распада один из нейтронов в ядре превращается в протон, испуская электрон ($e^−$) и электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$). В результате образуется ядро нового элемента — нептуния-239 ($^{239}_{93}Np$):
$ ^{239}_{92}U \rightarrow ^{239}_{93}Np + e^− + \bar{\nu}_e $

Нептуний-239, в свою очередь, также нестабилен. Он тоже испытывает бета-распад, но с большим периодом полураспада — около 2,4 суток. В результате этого второго распада образуется плутоний-239 ($^{239}_{94}Pu$):
$ ^{239}_{93}Np \rightarrow ^{239}_{94}Pu + e^− + \bar{\nu}_e $

Полученный таким образом плутоний-239 является делящимся изотопом, то есть его можно использовать как ядерное топливо, так же как и уран-235. Поскольку в процессе работы реактор производит больше делящегося материала (плутония-239), чем потребляет (урана-235), он называется "размножителем". Это позволяет вовлечь в топливный цикл огромные запасы урана-238, значительно расширяя ресурсную базу ядерной энергетики.

Ответ: В реакторе-размножителе нейтроны, образующиеся в ходе цепной реакции деления, поглощаются ядрами неделящегося урана-238. Это запускает цепь ядерных превращений: ядро урана-238 ($^{238}_{92}U$) захватывает нейтрон и становится ураном-239 ($^{239}_{92}U$). Затем уран-239 через два последовательных бета-распада превращается сначала в нептуний-239 ($^{239}_{93}Np$), а потом в плутоний-239 ($^{239}_{94}Pu$). Полученный плутоний-239 является эффективным ядерным топливом, способным к делению.