Цепная реакция. Критическая масса

Цепная реакция – это такая реакция деления ядер урана, в процессе которой образуются нейтроны, которые будут далее взаимодействовать с другими ядрами урана, т.о. количество распадающихся ядер будет лавинообразно увеличиваться.

Рис.4. Цепная реакция

 

 

При цепной реакции деление ядер приводит к тому, что образуется нейтронов больше 1, 2 или 3. Однако такая реакция может происходить только тогда, когда имеется достаточное количество атомов урана-235, то есть масса образца должна быть больше т.н. критической массы.

Если масса урана будет больше такой массы, то такая реакция будет неуправляемая, это приведет к взрыву. Если масса будет меньше той, которая способна провести такую реакцию, то в этом случае реакция просто прекращается. И только в одном случае, когда масса урана четко соответствует определенной массе, реакция будет продолжаться, поддерживая сама себя. Это и есть критическая масса.

Значение массы в цепной реакции:

m > m_K – взрыв

m < m_K – реакция затухает

m = m_K – продолжается

Критическая масса для урана составляет порядка 50–70 кг. Такой массы урановый шар в диаметре будет составлять всего лишь 9–10 см, т.к. плотность урана высока.

Такие свойства урана вполне можно использовать в технике. В первую очередь для мирных целей. Чтобы использовать такую энергию деления, нужно сделать так, чтобы реакция самоподдерживалась, причем под нашим руководством; мы можем ее прекратить или возобновить, и это возможно только тогда, когда есть специальное устройство. Это устройство должно отвечать двум требованиям. Первое – возможность регуляции, а второе – безопасность. Этим условиям отвечает ядерный реактор. На следующем уроке мы поговорим об устройстве и работе ядерных реакторов.

Список дополнительной литературы:

К.Н. Мухин. Экспериментальная ядерная физика. М., Энергоиздат, 1993 Б.С. Ишханов, Э.И. Кэбин "Физика ядра и частиц. ХХ век" М., Изд-во Московского университета. 2000 Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 621-624. Васильев А. Деление урана: от Клапрота до Гана //Квант. — 2001. — № 4. — С. 20-21,30.

 

Задание к уроку.

1. При делении изотопа урана освобождается энергия 200 МэВ, причём 84% этой энергии приобретают осколки деления. Считая, что этими осколками являются ядра бария и криптона и что импульсы их по модулю одинаковые, найти энергию осколков.

2. Найдите критическую массу шарообразного куска урана-235, если известно, что его радиус равен 9 см, а плотность урана составляет 19050 кг/м³.

3. Сколько воды можно нагреть на 10 °С, если использовать всю энергию, которая выделяется при делении 10¹⁵ атомов урана. При делении одного атома урана выделяется энергия 200 МэВ. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж*кг/°С.