Теория:
При делении ядра урана образуются \(2\)–\(3\) свободных нейтрона, которые в свою очередь могут быть захвачены ядрами и вызвать деление ещё двух ядер. При этом уже образуются \(4\) нейтрона, которые вызовут деление четырёх ядер, и выделятся восемь нейтронов и т. д. Возникает цепная реакция деления изотопа ядра урана .
Рис. \(1\). Цепная реакция деления ядер урана-\(235\)
Возможные варианты протекания цепной реакции
- Число свободных нейтронов не меняется в ходе реакции. В этом случае неизменным будет количество энергии, которая выделяется за единицу времени при делении ядер урана. Такую реакцию реализуют на атомных станциях.
- Число свободных нейтронов уменьшается в ходе реакции. В таком случае будет уменьшаться и количество выделяемой энергии, так как уменьшается число делящихся ядер урана в единицу времени. Число свободных нейтронов на атомных станциях уменьшают, если необходимо остановить цепную реакцию.
- Число свободных нейтронов увеличивается в ходе реакции. В этом случае резко увеличивается число делящихся ядер урана в единицу времени, а значит, возрастает и количество выделяемой энергии. Такая реакция протекает в атомной бомбе и может протекать на атомной станции в результате аварии. Ярким примером является авария на Чернобыльской АС в \(1986\) году и на АЭС Фукусима-\(1\) в \(2011\) году.
1. Масса урана
При использовании куска урана небольшого размера, а значит и массы, многие свободные нейтроны, получившиеся в результате деления ядер, покинут его и не встретятся с другими ядрами. Отсутствие нового поколения свободных нейтронов ведёт к прекращению цепной реакции.
При использовании куска урана небольшого размера, а значит и массы, многие свободные нейтроны, получившиеся в результате деления ядер, покинут его и не встретятся с другими ядрами. Отсутствие нового поколения свободных нейтронов ведёт к прекращению цепной реакции.
С увеличением массы урана увеличивается размер его куска, возрастает возможность взаимодействия свободного нейтрона с ядром.
Критическая масса — эта наименьшая масса урана, при которой может осуществляться цепная реакция деления.
Для эта величина составляет \(50\) кг. При этом его радиус равен \(9\) см.
2. Отражающая оболочка
Использование оболочки, которая способна отражать нейтроны, уменьшает значение критической массы урана. Потому что нейтроны, отразившись от оболочки, возвращаются в кусок урана и участвуют в процессе деления ядер.
Использование оболочки, которая способна отражать нейтроны, уменьшает значение критической массы урана. Потому что нейтроны, отразившись от оболочки, возвращаются в кусок урана и участвуют в процессе деления ядер.
3. Примеси в уране
Наличие большого процента примесей других химических элементов в уране приводит к затуханию цепной реакции из-за поглощения большей части свободных нейтронов.
Наличие большого процента примесей других химических элементов в уране приводит к затуханию цепной реакции из-за поглощения большей части свободных нейтронов.
4. Замедлитель нейтронов
Для увеличения вероятности деления ядер урана используют медленные нейтроны. Использование замедлителей быстрых нейтронов, образующихся в процессе реакции, увеличивает возможность захвата нейтронов.
Учёт вышеперечисленных условий сокращает критическую массу урана до \(0,8\) кг.
Учёт вышеперечисленных условий сокращает критическую массу урана до \(0,8\) кг.