99,27% , 0,72%, 0,01%,

тобто на одне ядро приходиться 138 ядер . В такій сумішізахоплює практично всі повільні електрони без поділу і тому в природному урані не може виникнути ланцюгова реакція. При досягненні критичної маси, коли число нейтронів поділу стає рівним або більше числа нейтронів, що виходять за поверхню речовини, виникає ланцюгова ядерна реакція поділу.

Наведемо вираз для формули реакції. Нехай у початковий момент є N₀ нейтронів, Т-середній час життя одного покоління нейтронів, N - число нейтронів у даному поколінні, k-коефіцієнт множення нейтронів. В наступному поколінні число нейтронів стане kN і приріст нейтронів за період

.

Швидкість настання ланцюгової реакції

.

Інтегруючи це диференційне рівняння методом розділу змінних

,

одержимо

.

При k=1 йде самопідтримуюча реакція поділу, при k<1 йде згасаюча реакція. При k>1 розвивається ланцюгова реакція.

Некерована ланцюгова реакція створюється в атомній зброї. Критична маса бомби міститься в декількох частинах пристрою з надвеликою міцністю. Шляхом звичайного вибуху частини чистого урану чи плутонію зближуються й настає критична маса з ланцюговою реакцією. За дуже короткий час виділяється дуже велика енергія, що приводить до надпотужного вибуху. Під час поділу не вся маса урану ділиться і він разом з уламками забруднює природне середовище радіонуклідами.

Керована ланцюгова реакція відбувається в ядерних реакторах, де в просторі розміщення розміщується речовина, що сповільнює хід реакції. До таких речовин відносяться дейтерій, графіт та берилій, що мають властивість добре поглинати нейтрони. Перший графіт-урановий реактор був запущений в 1942 році в США (м. Чикаго) Енріко Фермі, а в СРСР у Москві Ігорем Васильовичем Курчатовим. Теплова енергія, що виділяється в активній зоні реактора відбирається в першому колі теплообмінника теплоносієм - вода або натрій чи калій. У другому колі теплоносій віддає тепло воді, яка перетворюється в пар високої енергії. Енергія пару відбирається турбіною і перетворюється в електричну. Існують реактори на теплових (повільних) нейтронах із сповільнювачем. Якщо паливо збагатити ураном або плутонієм , то частина швидких нейтронів сприяє перетвореннюв, абов, здатних ділитися повільними нейтронами. В цих реакторах кількість утворених ядер та , переважає кількість витрачених ядер,і тому такі реактори називаються розмножувальними.

20.12. Реакції синтезу ядер та термоядерна енергетика

В експерименті було визначено, що реакції синтезу легких ядер можуть дати більше енергії ніж ядерні реакції поділу урану або торію в розрахунку на один нуклон. Наприклад, в реакції синтезу

,

з виділенням 17,3 МеВ енергії, на один нуклон приходиться 17,3/8 2,1625 МеВ, а в реакції

на один нуклон приходиться енергія 17.6/5= 3,52 МеВ. В реакції поділу ядра урану на один нуклон приходиться виділена енергія  1 МеВ. Для злиття двох ядер, наприклад, водню потрібно, щоб енергії цих ядер було достатньо для наближення їх на відстань  210^-15 м:

.

Для одержання таких енергій необхідна температура

.

Враховуючи квантовий характер тунельного процесу, можна стверджувати, що реакція синтезу може відбуватися і при температурах менших .

Основним джерелом енергії зірок, в тому числі і Сонця, є циклічна реакція синтезу протонів в ядро гелію

.

Температура зірок сягає . Існує ще один цикл, який може бути джерелом енергій зірок. Він називається вуглець-азотним, де відбувається синтез 4 протонів у ядро гелію у присутності ядер вуглецю, як каталізатора.

Здійснення керованої ядерної реакції синтезу займає розум великої частини фізиків світу і розв'язується ця задача різними шляхами. Один із них реалізовано в установці "Токамак" (скорочена назва: тороїдальна камера з магнітними котушками). В цій установці у тороїдальній камері магнітним полем утримується плазма, що розігрівається струмом високої напруги. Частинки плазми здійснюють коловий рух.

Існує також принцип керованої лазерної (електронної) термоядерної реакції, коли суміш дейтерію та тритію опромінюється кільцевим лазерним (електронним) імпульсом надвисоких енергій і тиску.

Здійснення керованої термоядерної реакції синтезу може привести до нового ступеня розвитку цивілізації.