Цепная ядерная реакция
Цепная ядерная реакция — это самоподдерживающийся процесс, при котором нейтроны, образующиеся при делении ядер, вызывают новые деления. Поэтому число делений может быстро возрастать, а энергия выделяется в виде тепла и излучения.
Рассмотрим деление ядра урана-235. При поглощении нейтрона ядро становится неустойчивым и распадается на два осколка, испуская обычно 2–3 новых нейтрона. Если хотя бы один из них вызывает следующее деление, процесс продолжается. При подходящих условиях новые нейтроны также вызывают деления, поэтому реакция становится самоподдерживающейся.
Условие протекания
Важна не только скорость деления, но и число нейтронов, которые сохраняются и участвуют в следующих актах. Часть нейтронов поглощается примесями или вылетает из вещества. Для описания используют коэффициент размножения нейтронов \(k\).
Здесь \(N_i\) — число нейтронов в одном поколении, а \(N_{i+1}\) — число нейтронов в следующем. При \(k<1\) реакция затухает, при \(k=1\) идёт устойчиво, а при \(k>1\) число делений увеличивается. В критической массе вещества достигается условие, близкое к \(k=1\).
Пусть одно поколение содержит 100 нейтронов, а в следующем сохраняется 80. Тогда \(k=80/100=0{,}8\), поэтому цепная реакция постепенно прекратится. Если сохраняется 100 нейтронов, \(k=1\) и реакция самоподдерживается.
Цепная реакция деления — более общее понятие: она может быть неустойчивой и затухать. Цепная ядерная реакция в данном определении именно самоподдерживается. Ядерный реактор поддерживает управляемую реакцию, а неуправляемое быстрое увеличение числа делений — другой режим.
Какое значение коэффициента размножения соответствует устойчивой самоподдерживающейся реакции?
Главное
- Цепная реакция поддерживается нейтронами, возникающими при делении ядер.
- Коэффициент \(k\) показывает отношение числа нейтронов в соседних поколениях.
- Устойчивой реакции соответствует \(k=1\); при \(k<1\) она затухает, при \(k>1\) усиливается.