Поділ ядер урану і ланцюгова реакція

Поділ ядер урану відбувається наступним чином: спочатку в ядро потрапляє нейтрон, мов куля в яблуко. У випадку з яблуком куля проробила б у ньому дірку, або рознесла б на шматки. Коли ж нейтрон потрапляє в ядро, то він захоплюється ядерними силами. Нейтрон, як відомо нейтральний, тому він не відштовхується електростатичними силами.

Як відбувається розподіл ядра урану

Отже, потрапивши до складу ядра, нейтрон порушує рівновагу, і ядро збуджується. Воно розтягується в сторони подібно гантелі або знаку «нескінченність». Ядерні сили, як відомо, діють на відстані, порівнянній з розмірами частинок. Коли ядро розтягується, то дія ядерних сил стає несуттєвою для крайніх частинок «гантелі», в той час як електричні сили діють на такій відстані дуже потужно, і ядро попросту розривається на дві частини. При цьому ще випромінюється два-три нейтрона.

Осколки ядра і нейтрони, що виділилися, розлітаються на величезній швидкості в різні сторони. Осколки досить швидко гальмуються навколишнім середовищем, проте їх кінетична енергія величезна. Вона перетворюється у внутрішню енергію середовища, яка нагрівається. При цьому величина виділяючої енергії величезна. Енергія, отримана при повному розподілі одного грама урану приблизно дорівнює енергії, одержуваної від спалювання 2,5 тонн нафти.

Ланцюгова реакція поділу декількох ядер

Ми розглянули розподіл одного ядра урану. При розподілі виділилося кілька (частіше всього два-три) нейтронів. Вони на величезній швидкості розлітаються в сторони і можуть запросто потрапити в ядра інших атомів, викликавши в них реакцію поділу. Це і є ланцюгова реакція.

Тобто отримані в результаті поділу ядра нейтрони збуджують і примушують ділитися інші ядра, які в свою чергу самі випромінюють нейтрони, які продовжують стимулювати поділ далі. І так до тих пір, поки не відбудеться поділ всіх ядер урану в безпосередній близькості.

При цьому ланцюгова реакція може відбуватися лавиноподібно, наприклад, у разі вибуху атомної бомби. Кількість поділок ядер збільшується в геометричній прогресії за короткий проміжок часу. Однак ланцюгова реакція може відбуватися і з загасанням.

Справа в тому, що не всі нейтрони зустрічають на своєму шляху ядра, які вони спонукають ділитися. Як ми пам’ятаємо, всередині речовини основний обсяг займає порожнеча між частинками. Тому деякі нейтрони пролітають всю речовину наскрізь, що не зіткнувшись по шляху ні з чим. І якщо кількість поділок ядер зменшується з часом, то реакція поступово загасає.

Ядерні реакції і критична маса урану

Від чого залежить тип реакції? Від маси урану. Чим більше маса – тим більше часток зустріне на своєму шляху нейтрон, що летить і шансів потрапити в ядро у нього більше. Тому розрізняють «критичну масу» урану – це така мінімальна маса, при якій можливе протікання ланцюгової реакції.

Кількість нейтронів, що утворилися дорівнюватиме кількості нейтронів, що відлетіли зовні. І реакція буде протікати з приблизно однаковою швидкістю, поки не виробиться весь об’єм речовини. Це використовують на практиці на атомних електростанціях і називають керованою ядерною реакцією.

Посилання на основну публікацію