Параграф 63 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Деление ядер урана. Цепная реакция

Механизм деления ядер урана

Деление ядер урана происходит при облучении их нейтронами, что было открыто в 1939 году учёными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом. В процессе бомбардировки нейтронами ядро урана захватывает нейтрон и приобретает деформированную форму, что приводит к его распаду. В процессе деления выделяется энергия и образуются два-три новых нейтрона. Эти нейтроны могут вызывать дальнейшее деление других ядер урана, что запускает цепную реакцию. Такое деление сопровождается большим выделением энергии в окружающую среду.

Цепная реакция и её виды

Существует два основных вида цепной реакции. Первый — взрывной, при котором количество свободных нейтронов увеличивается с каждым делением, вызывая лавинообразный рост выделения энергии. Такой тип цепной реакции применяется в атомных бомбах и сопровождается большим количеством высвобожденной энергии. Второй тип — контролируемая цепная реакция, где количество нейтронов поддерживается на постоянном уровне, что позволяет использовать её для производства электрической энергии. Управление числом нейтронов позволяет использовать такую реакцию в ядерных реакторах.

Критическая масса и её значение

Критическая масса — это минимальная масса делящегося вещества, при которой цепная реакция становится возможной. Чем больше масса уранового куска, тем выше вероятность того, что нейтроны будут взаимодействовать с другими ядрами и вызывать деление. Если масса меньше критической, то большинство нейтронов покидает материал, не успевая вызвать дальнейшее деление, что приводит к затуханию реакции. Критическая масса зависит от таких факторов, как форма куска, плотность и наличие замедлителей нейтронов.

Замедлители нейтронов и их роль

Наличие в ядерном топливе веществ, замедляющих скорость нейтронов, значительно увеличивает вероятность деления. В случае деления урана-235 быстрые нейтроны могут быть менее эффективны, так как они редко захватываются ядрами. Замедлители, такие как графит или тяжёлая вода, снижают скорость нейтронов, увеличивая вероятность их взаимодействия с ядрами урана. Это способствует поддержанию цепной реакции и снижает критическую массу урана.

Применение цепной реакции в мирных целях

В мирных целях контролируемая цепная реакция используется в ядерных реакторах для производства электричества. В ядерных установках поддерживается стабильное количество нейтронов, что позволяет использовать выделяемую энергию для нагрева воды и последующего производства пара, который приводит в движение турбины. Управление процессом требует наличия замедлителей и отражателей нейтронов, а также защиты от чрезмерного накопления свободных нейтронов, что предотвращает опасность взрыва.