§ 50. Энергия деления ядер урана

Цепная реакция деления ядер урана

1. Принципиальное значение для высвобождения ядерной энергии при делении ядер урана имеет тот факт, что в результате реакции испускаются новые нейтроны. Эти нейтроны при определённых условиях могут продолжить деление ядер урана. Реакцию, в которой частицы, вызывающие её, образуются как продукты реакции, называют цепной ядерной реакцией.

Допустим, что в достаточно большом куске изотопа урана под действием одного нейтрона произошла реакция деления одного из ядер, в результате чего выделилось два новых нейтрона — второе поколение нейтронов (рис. 154). Они, в свою очередь, могут вызвать реакцию деления ещё двух ядер урана. Четыре образующихся нейтрона третьего поколения способны вызвать деление ещё четырёх ядер и т. д. В результате число делящихся ядер начнёт быстро увеличиваться и возникает цепная реакция деления.

реакция деления одного из ядер

Однако в действительности далеко не все выделяющиеся в результате деления ядер урана нейтроны захватываются новыми ядрами. Для продолжения реакции необходимо соблюдение определённых условий.

Прежде всего, количество урана-235 должно быть достаточно большим, так как в небольшом образце нейтроны могут пролететь, не попав ни в одно из ядер, и покинуть зону, где протекает реакция.

Минимальную массу урана, при которой возможна цепная реакция, называют критической массой.

Для урана-235 критическая масса равна примерно 50 кг; она заключается в шаре радиусом всего 9 см. При массе урана, большей критической, число нейтронов быстро увеличивается, что может привести к взрыву. На этой особенности цепной ядерной реакции основано действие атомной бомбы, в которой при быстром соединении двух урановых блоков с массой каждого немного меньше критической происходит неуправляемая ядерная реакция.

Кроме того, для возникновения цепной реакции деления ядер урана необходимо, чтобы кусок урана не содержал атомов других изотопов урана и посторонних примесей. Однако в природе составляет лишь 0,7% от более распространённого изотопа , ядра которого могут делиться лишь под влиянием быстрых нейтронов, энергия которых больше 1 МэВ. Остальные же, более медленные нейтроны, захватываются этим изотопом и не производят деления.

Для использования энергии, высвобождающейся в процессе деления ядер урана, необходимо, чтобы реакция деления была управляемой. Такая реакция деления осуществляется в специальных устройствах — ядерных реакторах.

Продолжение >>>