Question

Ответьте на вопросы: 1. Какие возможны варианты течения реакции деления ядер урана? 2. Какие факторы влияют на число свободных нейтронов? 3. Как это происходит? 4. Чему равна критическая масса урана?

Answer 1

Ответ:

Рис. 2. Деление ядра урана-235

Существует несколько возможных результатов деления ядра урана-235:

1. Распад на барий и криптон с выделением трёх нейтронов:

 

2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов:

 

Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжёлого ядра, возбуждённого захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые осколками деления.

Ядра урана-238 могут делиться лишь под влиянием нейтронов большой энергии (быстрых нейтронов). Такую энергию имеют только 60 % нейтронов, появляющихся при делении ядра урана-238. Примерно только 1 из 5 образовавшихся нейтронов вызывает деление ядра.

Механизм превращения энергии во время деления ядра. Единица измерения энергии

Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. Вычислить эту энергию можно по аналогии с энергией связи.

, где

 

Кулоновские силы, разгоняя осколки ядра, придают им определённую кинетическую энергию. Однако эти осколки тормозятся окружающей средой, преобразуя свою кинетическую энергию во внутреннюю энергию окружающей среды. Таким образом, вследствие деления ядер урана наблюдается колоссальный нагрев всего окружающего пространства. Для примера, при полном делении всех ядер одного грамма урана выделится энергия эквивалентная сгоранию 2,5 т нефти.

Использовать стандартную единицу измерения энергии (Дж) для ядер не совсем удобно, так как энергия одного ядра крайне мала. Для микромира была введена специальная единица измерения – электронвольт.

Один электронвольт равен работе, которую должно совершить поле при перемещении элементарного заряда между разностью потенциалов 1 В.

 

Цепная ядерная реакция

Любой из нейтронов, вылетающий из ядра, может попасть в соседнее ядро и вызвать излучение им новых нейтронов, которые, в свою очередь, попадут в новые ядра, и те излучат новые нейтроны. В результате получается процесс, который поддерживает сам себя. Такой процесс называется цепной ядерной реакцией.

Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.

Суть такой реакции заключается в том, что на первом этапе распада выделяется, допустим, N нейтронов, на следующем этапе –  нейтронов, и т. д. (см. Рис. 3). Количество нейтронов в реакции растёт в геометрической прогрессии. Это приводит к тому, что колоссально растёт выделяемая энергия, которая позволяет реакции поддерживать саму себя.

Возможны различные варианты протекания цепных ядерных реакций, эти процессы позволяет описывать физическая величина, которая называется критическая масса.

Критическая масса () – минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной ядерной реакции. Критическая масса известна для различных радиоактивных элементов (для урана-235 она составляет 48 кг).

Рис. 3. Рост числа нейтронов при цепной реакции

В зависимости от массы рассматриваемого образца цепные ядерные реакции делят на следующие формы протекания:

1. Если масса образца меньше критической массы (), то число нейтронов убывает и реакция затухает.

2. Если масса образца больше критической массы (), то число нейтронов лавинообразно увеличивается, реакция становится неуправляемой, что приводит к взрыву.

3. Если масса образца соответствует критической, протекает управляемая цепная реакци

Объяснение:

Answer 2

1. Течение реакции деления ядер урана может иметь несколько вариантов. Два наиболее распространенных варианта деления урана-235 (U-235) - это термальное деление и деление при нейтронной бомбардировке. В термальном делении, ядро U-235 поглощает медленный нейтрон, становится нестабильным и расщепляется на два более легких ядра и несколько нейтронов, а также выделяется энергия. В делении при нейтронной бомбардировке, ядро U-235 облучается быстрыми нейтронами, что также вызывает расщепление.

2. Факторы, влияющие на число свободных нейтронов, включают:

   • Вид ядра: Разные элементы имеют различное количество нейтронов в своих атомных ядрах.
   • Ядерные реакции: Ядерные реакции, такие как реакции деления или слияния, могут создавать или поглощать нейтроны.
   • Окружающая среда: Нейтроны могут поглощаться или рассеиваться взаимодействуя с другими ядрами и материалами.

3. Процесс образования свободных нейтронов может происходить различными способами, такими как ядерные реакции, радиоактивный распад и другие ядерные процессы. В результате таких процессов ядра могут выделять нейтроны, которые могут стать свободными и участвовать в дальнейших ядерных реакциях.

4. Критическая масса урана (или другого материала) - это минимальная масса, необходимая для поддержания самоподдерживающейся цепной реакции деления. Для урана-235 эта масса составляет около 52 килограммов. Если масса материала меньше критической, то реакция деления будет прекращаться из-за быстрого поглощения нейтронов, а если масса больше критической, то будет поддерживаться цепная реакция деления с высвобождением энергии.