Цепная реакция деления ядер урана

Презентация по физике. Тема: Цепная реакция деления ядер урана . Класс: 9 «б»

Цепная реакция деления ядер урана . В 1938 г. О. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Мейтнер и  физиком О. Фришем: при попадании нейтрона ядро урана как бы разваливается на части. Этим и объясняется неожиданное появление новых химических элементов - лантана и бария - элементов с атомным весом, примерно вдвое меньшим, чем у урана. 

Позже оказалось, что в результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. д.

Этот процесс происходит с выделением энергии 200 МэВ =3,2.10-11 Дж. Энергия выделяется в виде:1. Ек осколков  »2,6-10-11  Дж.2. Ек  нейтронов  »0,1-10-11 Дж.3. g - Излучения  »0,5.10-11 Дж.4. b - Излучения.  Этот процесс происходит с выделением энергии 200 МэВ =3,2.10-11 Дж. Энергия выделяется в виде:1. Ек осколков  »2,6-10-11  Дж.2. Ек  нейтронов  »0,1-10-11 Дж.3. g - Излучения  »0,5.10-11 Дж.4. b - Излучения.  При полном делении  всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти.

Механизм деления Н. Бор, Я.И Френкель  предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужден­ном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает коле­баться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвет­ся на две части, которые разлетятся в противоположные сторо­ны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обуслов­ливается кулоновскими силами.

Цепная реакция деления ядер урана — это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра U-235. Естественный уран состоит из U-235 (0,7%), U-238 (99,3%). Ядра  U-235 делятся как быстрыми, так и медленными нейтронами, U-238  — только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой энергией при делении 60%, но только один из пяти производит деление.

Цепнную реакцию чистого изотопа U-238 осуществить медленными нейтронами невозможно. Для ее течения необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов был k ³ 1. В этом случае число нейтронов  увеличивается или остается постоянным и цепнная реакция протекает. При k <1 число  U-235  убывает и цепная реакция невозможна.

Коэффициент размножения увеличивается при захвате медленных нейтронов ядром U-235  или быстрых нейтронов ядрами   U-238 и  U-235 с последующим делением, уменьшается при захвате нейтрона ядром без последующего деления, при вылете нейтрона из делящегося вещества, при захвате нейтрона продуктами деления, замедлителями и конструктивными элементами установки.

С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана. Количество распавшихся ядер пропорционально массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности, если форма урана с критической массой шарообразна. С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана. Количество распавшихся ядер пропорционально массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности, если форма урана с критической массой шарообразна. Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250г до сотен килограммов. Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая ценная реакция и управляемая цепная реакция. Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором.   Неуправляемая ядерная реакция возникает в атомных бомбах

КОНЕЦ