Присоединяйтесь к онлайн-школе и получайте доход за интересные сообщения и другие действия!

ЗНАНИЯ

Деление ядер урана. Цепная реакция

Деление урановых ядер при бомбардировке нейтронами было обнаружено в 1939 году Отто Ганом и Фрицем Штрассманом.

На рисунке изображено ядро урана-235

delenie-yader-urana-cepnaya-reakciya

Когда нейрон попадает в ядро урана, он приводит ядро в возбуждённое состояние (б). Ядро вытягивается, и ядерные силы, действующие на «крайние» нуклоны, ослабевают из-за расстояния. И тогда сила электростатического отталкивания разрывает ядро урана на два других ядра и несколько нейтронов.

Часть энергии связи ядра урана переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков, а высокая кинетическая энергия частиц означает высокую температуру. Таким образом, деление ядра урана ведёт к выделению энергии в окружающую среду.

Как заметили самые проницательные читатели, нейтрон запускает реакцию деления ядер урана, и нейтроны же являются продуктами реакции. Дальше эти нейтроны попадают в другие атомы урана и запускают реакцию деления уже в них, а те в свою очередь, порождают ещё больше нейронов.

Подобное развитие событий называется цепной реакцией. Такой способ выработки энергии используют атомные бомбы. В атомной бомбе находится кусок урана (или другого элемента с большой атомной массой). Нейтроны и окружающей среды постоянно пролетают через него и запускают реакции деления – но так как ядра атомов маленькие, выделяющиеся нейтроны не всегда в них попадают. Но если собрать в одном месте много атомов урана, то почти все нейтроны будут попадать в ядра. Для цепной реакции достаточно, чтобы количество нейтронов, попадающих в ядра урана, было чуть больше, чем количество ядер, разделившихся на прошлом шаге. Минимальная масса вещества, необходимая для цепной реакции, называется критической массой.

В атомной бомбе «пушечной» схемы есть два куска урана – один чуть-чуть меньше критической массы, а второй – такой, чтобы вместе с ним масса получалась чуть больше критической. Эти два куска расположены внутри корпуса, похожего на пушку. Под малым куском урана лежит заряд взрывчатки, и когда нужно запустить цепную реакцию, достаточно просто подорвать эту взрывчатку. Урановая «пуля» пройдёт по стволу и попадёт в «мишень», масса станет больше критической, и произойдёт взрыв.

Такой бомбой взорвали город Хиросиму.

А потом у американцев кончился уран – для подобной бомбы нужен именно он, причём очень химически чистый.

Тогда они сделали бомбу другого типа – имплозивную. В этой бомбе кусок ядерного топлива (урана или плутония) обложен взрывчаткой. Для цепной реакции необязательно использовать большой кусок ядерного топлива – можно использовать маленький, но с большой плотностью, то есть критическую массу можно уменьшить, повышая плотность. Когда взрывается обычная взрывчатка, плутоний становится очень плотным, и запускается цепная реакция деления.

Такой бомбой взорвали Нагасаки.

Но как быть, если мы хотим вырабатывать энергию, но не хотим ядерного взрыва? Допустим, мы хотим применять реакцию деления ядер урана на электростанции.

Тогда надо постоянно поддерживать цепную реакцию в балансе – чуть больше нейронов и будет взрыв, чуть меньше – и реакция угаснет.

Для этого применяют специальную оболочку, отражающую электроны. Чем сильнее уран окружён этой оболочкой, тем меньше у него критическая масса.

Кроме того, на скорость деления урана влияет количество примесей в нём – чем примесей меньше, тем легче запускается цепная реакция.

Ещё для замедления реакции используются замедлители: графит, вода и тяжёлая (дейтериевая) вода. Они поглощают нейтроны.

Критическая масса шарообразного куска урана равна 50 кг. Радиус такого шара – всего 9 см, так как уран плотный. Но если уменьшить количество примесей и использовать отражатель нейтронов, то можно довести критическую массу до 0.8 кг.

<< Предыдущий урок
ОПЫТ:

Задание 1

При правильном ответе Вы получите 1 балл

При каком условии запускается цепная реакция?

Выберите всего один правильный ответ.

Ответить
Следующий урок >>
Комментарии:

Добавление комментариев доступно только зарегистрированным пользователям

<<
>>