71. Деление ядер урана. Механизм деления ядра. Цепная ядерная реакция. Коэффициент размножения нейтронов.

Деление тяжелых атомных ядер. В 1934 г. Ф. Жолио - Кюри высказал предположение о возможности использования энергии ядерных реакций в практических целях, если удастся осуществить ядерные реакции. Эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение. Частицами, способными к осуществлению цепных реакций, оказались нейтроны. Т.к. они не обладали зарядом, следовательно имели возможность войти внутрь ядра, не испытывая кулоновского отталкивания. Нейтрон, оказавшись внутри ядра, занимал там определенное место, из-за чего ядро увеличивалось в размере и ядерные силы, не рассчитанные на новый размер ядра, не выдерживали возросшее давление, и ядро начинало делиться. Для деления удобно использовать медленные нейтроны, т.к.. быстрые нейтроны могли просто проскочить сквозь ядро, не дав возможность ядру разделиться т.к. время действия нейтрона было слишком мало для процесса деления.

Ядро урана состоит из 92 протонов и 146 нейтронов. При делении ядра урана на две равные части должно получиться два ядра изотопа празеодима. В ядре стабильного Изотопа празеодима 46 протоков и 62 нейтрона, а не 73 нейтрона, как в ядре изотопа празеодима Ра. Ядра с таким большим избытком нейтронов в природе не встречаются. Поэтому можно было ожидать, что деление ядра урана будет сопровождаться освобождением нескольких нейтронов, которые смогут поддержать развитие цепной реакции. Практическое осуществление цепных реакций — не такая простая задача. Нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана, способны вызвать деление лишь ядер изотопа урана с массовым числом 235, и для этого пригодны даже медленные (тепловые) нейтроны. Деление же ядер изотопа урана с массовым числом 238 не происходит, нейтроны просто захватываются этими ядрами. В природном уране на долю изотопа с массовым числом 238 приходится 99,3 %, а “а долю изотопа с массовым числом 235 всего лишь 0,7 % Поэтому первый возможный путь осуществления цепной реакции деления связан с разделением изотопов урана и получением в чистом виде достаточно большого количества изотопа урана.

Использование цепной Ядерной реакции. • Если общее число свободных нейтронов в куске урана увеличивается со временем, то такая реакция носит взрывной характер. • Если число свободных нейтронов уменьшается со временем, то в этом случае цепная реакция прекращается. • В мирных целях возможно использовать энергию такой цепной реакции, в которой число нейтронов не меняется с течением времени.

Способы реализации: • Необходимым условием для осуществления цепной реакции является наличие достаточно большого количества урана, так как в образцах малых размеров большинство нейтронов пролетает сквозь образец, не попав ни в одно ядро. • Уменьшить потерю нейтронов, можно не только за счёт увеличения массы урана, но и с помощью специальной отражающей оболочки,. для этого кусок урана помещают в оболочку, сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны (например, из бериллия). Отражаясь от этой оболочки, нейтроны возвращаются в уран и могут принять участие в делении ядер. • Если кусок урана содержит слишком много примесей других химических элементов, то они поглощают большую часть нейтронов и реакция прекращается. • Использование замедлителя нейтронов.

Вывод: возможность протекания цепной реакции определяется массой урана, количеством примесей в нём, наличием и замедлителя и т.д.