Явление радиоактивности, открытое Беккерелем, свидетельствует о том, что… А. Рукотворная звезда: термоядерная бомба Что называется критической массой в урановом ядерном

С момента окончания самой страшной в истории человечества войны прошло чуть более двух месяцев. И вот 16 июля 1945 года американскими военными была испытана первая ядерная бомба, а спустя еще месяц в атомном пекле гибнут тысячи жителей японских городов. С тех оружие, так же как и средства доставки его к целям, непрерывно совершенствовалось на протяжении более полувека.

Военным хотелось получить в свое распоряжение как сверхмощные боеприпасы, одним ударом сметающие с карты целые города и страны, так и сверхмалые, умещающиеся в портфель. Такое устройство вывело бы диверсионную войну на небывалый доселе уровень. Как с первым, так и со вторым возникли непреодолимые трудности. Виной всему, так называемая, критическая масса. Однако, обо всем по порядку.

Такое взрывоопасное ядро

Чтобы разобраться в порядке работы ядерных устройств и понять, что называется критической массой, вернемся ненадолго за парту. Из школьного курса физики мы помним простое правило: одноименные заряды отталкиваются. Там же, в средней школе ученикам рассказывают о строении атомного ядра, состоящего из нейтронов, нейтральных частиц и протонов, заряженных положительно. Но как такое возможно? Положительно заряженные частицы расположены так близко друг к другу, силы отталкивания должны быть колоссальными.

Науке до конца не известна природа внутриядерных сил, удерживающих вместе протоны, хотя свойства этих сил изучены достаточно хорошо. Силы действуют только на очень близком расстоянии. Но стоит хотя бы чуть-чуть разделить протоны в пространстве, как силы отталкивания начинают превалировать, и ядро разлетается на куски. А мощность такого разлета воистину колоссальна. Известно, что силы взрослого мужчины не хватило бы для удержания протонов всего лишь одного единственного ядра атома свинца.

Чего испугался Резерфорд

Ядра большинства элементов таблицы Менделеева стабильны. Однако с ростом атомного числа эта стабильность все уменьшается. Дело в размере ядер. Представим себе ядро атома урана, состоящее из 238 нуклидов, из которых 92 - протоны. Да, протоны находятся в тесном контакте друг с другом, и внутриядерные силы надежно цементируют всю конструкцию. Но сила отталкивания протонов, находящихся на противоположных концах ядра становится заметной.

Что проделывал Резерфорд? Он производил бомбардировку атомов нейтронами (электрон не пройдет через электронную оболочку атома, а положительно заряженный протон не сможет приблизиться к ядру из-за сил отталкивания). Нейтрон, попадая в ядро атома, вызывал его деление. В стороны разлетались две отдельные половинки и два-три свободных нейтрона.

Этот распад, в силу громадных скоростей разлетающихся частиц, сопровождался выбросом громадной энергии. Ходил слух, что Резерфорд даже хотел скрыть свое открытие, испугавшись его возможных последствий для человечества, но это, скорее всего, не более чем сказки.

Так при чем тут масса и почему она критическая

Ну и что? Как можно облучить потоком протонов достаточное количество радиоактивного металла, чтобы получить мощный взрыв? И что такое критическая масса? Все дело в тех нескольких свободных электронах, которые вылетают из «разбомбленного» атомного ядра, они в свою очередь так же, столкнувшись с другими ядрами, вызовут их деление. Начнется так называемая Однако запустить ее будет чрезвычайно сложно.

Уточним масштаб. Если за ядро атома принять яблоко на нашем столе, то для того, чтобы представить себе ядро соседнего атома, такое же яблоко придется отнести и положить на стол даже не в соседней комнате, а… в соседнем доме. Нейтрон же будет размером с вишневую косточку.

Для того, чтобы выделившиеся нейтроны не улетали впустую за пределы слитка урана, а более 50 % из них находили бы себе цель в виде атомных ядер, этот слиток должен иметь соответствующие размеры. Вот что называется критической массой урана - масса, при которой более половины выделяющихся нейтронов сталкиваются с другими ядрами.

На деле это происходит в одно мгновение. Количество расщепленных ядер нарастает как лавина, их осколки устремляются во все стороны со скоростями сопоставимыми со скоростью света, вспарывая воздух, воду, любую другую среду. От их столкновений с молекулами окружающей среды область взрыва мгновенно нагревается до миллионов градусов, излучая жар, испепеляющий все в округе нескольких километров.

Резко нагретый воздух мгновенно увеличивается в размерах, создавая мощную ударную волну, которая сносит с фундаментов здания, переворачивает и крушит все на своем пути… такова картина атомного взрыва.

Как это выглядит на практике

Устройство атомной бомбы на удивление просто. Имеются два слитка урана (или другого масса каждого из которых немного меньше критической. Один из слитков изготовлен в виде конуса, другой - шара с конусообразным отверстием. Как нетрудно догадаться, при совмещении обеих половинок получается шар, у которого достигается критическая масса. Это стандартная простейшая ядерная бомба. Соединяются две половинки при помощи обычного тротилового заряда (конус выстреливается в шар).

Но не стоит думать, что такое устройство сможет собрать «на коленке» любой желающий. Весь фокус заключается в том, что уран, чтобы бомба из него взорвалась, должен быть очень чистым, наличие примесей - практически ноль.

Почему не бывает атомной бомбы размером с пачку сигарет

Все по той же причине. Критическая масса самого распространенного изотопа урана 235 составляет около 45 кг. Взрыв такого количества ядерного топлива - это уже катастрофа. А изготовить с меньшим количеством вещества невозможно - оно просто не сработает.

По той же причине не получилось и создать сверхмощные атомные заряды из урана или других радиоактивных металлов. Для того, чтобы бомба была очень мощной, ее делали из десятка слитков, которые при подрыве детонирующих зарядов устремлялись к центру, соединяясь как дольки апельсина.

Но что происходило на деле? Если по каким-то причинам два элемента встречались на тысячную долю секунды раньше остальных, критическая масса достигалась быстрее чем «подоспеют» остальные, взрыв происходил не той мощности, на которую рассчитывали конструкторы. Проблема сверхмощных ядерных боеприпасов была решена только с появлением термоядерного оружия. Но это чуть другая история.

А как же работает мирный атом

Атомная электростанция - по сути та же ядерная бомба. Только у этой «бомбы» ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы), изготовленные из урана, находятся на некотором расстоянии друг от друга, что не мешает им обмениваться нейтронными «ударами».

ТВЭЛы изготавливаются в виде стержней, между которыми находятся регулирующие стержни, выполненные из материала, хорошо поглощающего нейтроны. Принцип работы прост:

  • регулирующие (поглощающие) стержни вводятся в пространство между стержнями урана - реакция замедляется или останавливается вовсе;
  • регулирующие стержни выводятся из зоны - радиоактивные элементы активно обмениваются нейтронами, ядерная реакция протекает интенсивнее.

Действительно, получается та же атомная бомба, в которой критическая масса достигается настолько плавно и регулируется так четко, что это не приводит к взрыву, а лишь к нагреву теплоносителя.

Хотя, к сожалению, как показывает практика, не всегда человеческий гений способен обуздать эту огромную и разрушительную энергию - энергию распада атомного ядра.

Контрольная работа № 5

Вариант 1


  1. Явление радиоактивности , открытое Беккерелем, свидетельствует о том, что…
А. Все вещества состоят из неделимых частиц-атомов.

Б. В состав атома входят электроны.

В. Атом имеет сложную структуру.

Г. Это явление характерно только для урана.


  1. Кто предложил ядерную модель строения атома?
А. Беккерель. Б. Гейзенберг. В. Томсон. Г. Резерфорд.

  1. На рисунке изображены схемы четырёх атомов. Чёрные точки- электроны. Какая схема соответствует атому 2 4 Не?

  1. В состав атома входят следующие частицы:
А. Только протоны.

Б. нуклоны и электроны.

В. протоны и нейтроны.

Г. Нейтроны и электроны.


  1. Чему равно массовое число ядра атома марганца 25 55 Мn?
А. 25. Б. 80. В. 30. Г. 55.

  1. В каких из следующих реакций нарушен закон сохранения заряда?
А. 8 15 О→ 1 1 Н+ 8 14 О.

Б. 3 6 Li + 1 1 Н→ 2 4 Не + 2 3 Не.

В. 2 3 Не + 2 3 Не→ 2 4 Не + 1 1 Н + 1 1 Н.

Г. 3 7 Li + 2 4 Не → 5 10 В + 0 1 n.


  1. ^ Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Между какими парами частиц внутри ядра действуют ядерные силы?
А. Протон- протон

Б. Протон- нейтрон.

В. Нейтрон- нейтрон.

Г. Во всех парах А- В.


  1. Массы протона и нейтрона…
А. Относятся как 1836:1.

Б. Приблизительно одинаковы.

В. Относятся как 1:1836.

Г. Приблизительно равны нулю.


  1. В ядре атома кальция 20 40 Са содержится…
А. 20 нейтронов и 40 протонов.

Б. 40 нейтронов и 20 электронов.

В. 20 протонов и 40 электронов.

Г. 20 протонов и 20 нейтронов.


  1. ^ В каком приборе след движения быстрой заряженной частицы в газе делается видимым (в результате конденсации пересыщенного пара на ионах)?
А. В счетчике Гейгера.

Б. В камере Вильсона.

Г. В пузырьковой камере.


  1. ^ Определить второй продукт Х в ядерной реакции: 13 27 Al + 0 1 n → 11 24 Na+Х.
А. Альфа- частица. Б. нейтрон. В. протон. Г. электрон

  1. Атомное ядро состоит из Z протонов и N нейтронов. Масса свободного нейтрона m n , свободного протона m p . Какое из приведенных ниже условий выполняется для массы ядра m g ?
А. m g =Zm p + Nm n

Б. m g
В. m g > Zm p + Nm n.

Г. Для стабильных ядер условие А, для радиоактивных ядер условие В.


  1. Рассчитать ∆ m (дефект масс) ядра атома 3 7 Li (в а.е.м.).
m p =1,00728; m n =1,00866;m = 7,01601.

А. ∆m ≈ 0,04. Б. ∆m ≈ –0,04. В. ∆m =0. Г. ∆m ≈ 0,2.

14 В каких единицах должно быть выражено значение массы при вычислении энергии связи атомных ядер с использованием формулы ∆Е= ∆m*c 2 ?

А. В килограммах.

Б. В граммах.

В. В атомных единицах массы.

Г. В джоулях.


  1. ^ Что называется критической массой в урановом ядерном реакторе?
А. Масса урана в реакторе, при которой он может работать без взрыва.

Б. Минимальная масса урана , при которой в реакторе может быть осуществлена цепная реакция.

В. Дополнительная масса урана , вносимая в реактор для его запуска.

Г. Дополнительная масса вещества, вносимого в реактор для его остановки в критических случаях.


  1. ^ Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внешнем облучении человека?
А. Бета- излучение.

Б. гамма- излучение.

В. Альфа- излучение.

^ Дополнительное задание.


  1. Все химические элементы существуют в виде двух или большего количества изотопов. Определите отличие в составе ядер изотопов 17 35 Cl и 17 37 Cl.
А. изотоп 17 35 Cl имеет в ядре на 2 протона больше, чем 17 37 Cl.

Б. изотоп 17 37 Cl имеет в ядре на 2 протона меньше , чем 17 35 Cl.

В. изотоп 17 37 Cl имеет в ядре на 2 нейтрона больше , чем 17 35 Cl.

Г. изотоп 17 37 Cl имеет в ядре на 2 нейтрона меньше, чем 17 35 Cl.

18. При альфа- распаде атомных ядер…

массовое число сохраняется , а заряд увеличивается на единицу.

Б. Массовое число уменьшается на 4, а заряд остается неизменным.

В. Массовое число уменьшается на 4, а заряд увеличивается на 2.

Г. Массовое число уменьшается на 4, заряд также уменьшается на 2.

^ 19. Выделяется или поглощается энергия в ядерной реакции. 3 6 Li + 1 1 Н→ 2 4 Не + 2 3 Не? Массы ядер и частиц в а. м. соответственно равны: m 3 6 Li=6,01513, m 1 1 Н= 1,00728, m 2 4 Не= 4,00260, m 2 3 Не =3,01602.

А. Поглощается, т.к. ∆m
Б. Выделяется, т.к. ∆m
В.Поглощается, т.к. ∆m> 0.

Г. Выделяется, т.к. ∆m> 0.

20. При бомбардировке изотопа 5 10 В нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается альфа- частица. Пользуясь законами сохранения массового числа и заряда , а также периодической системой элементов, запишите ядерную реакцию.

Контрольная работа № 5

по теме «Строение атома и атомного ядра»

Вариант 2

^ 1. В состав радиоактивного излучения могут входить…

А. Только электроны.

Б. Только нейтроны.

В. Только альфа-частицы.

Г. Бета- частицы, альфа-частицы, гамма-кванты.

^ 2. С помощью опытов Резерфорд установил, что…

А. Положительный заряд распределён равномерно по всему объёму атома.

Б. Положительный заряд сосредоточен в центре атома и занимает очень малый объём.

В. В состав атома входят электроны.

Г. Атом не имеет внутренней структуры.


  1. ^ На рисунке изображены схемы четырёх атомов. Электроны изображены в виде чёрных точек.
Какая схема соответствует атому 7 3 Li?

  1. В состав ядра входят следующие частицы:
А. Только протоны.

Б. Протоны и электроны.

В. Протоны и нейтроны

Г. Нейтроны и электроны.

^ 5. Чему равен заряд ядра атома стронция 38 88 Sr?

А. 88 Б. 38 В. 50 Г. 126.


  1. В каком из приведённых ниже уравнений ядерных реакций нарушен закон сохранения массового числа?
А. 4 9 Ве + 2 4 Не → 6 12 С + 0 1 Н

Б. 7 14 N + 2 4 Не → 8 17 О + 1 1 Н

В. 7 14 N + 1 1 Н → 5 11 В + 2 4 Не

Г. 92 239 U → 93 239 Np + -1 0 е

^ 6. Ядерные силы, действующие между нуклонами …

А. Во много раз превосходят гравитационные силы и действуют между заряжёнными частицами.

Б. Во много раз превосходят все виды сил и действуют на любых расстояниях.

В. Во много раз превосходят все другие виды сил , но действуют только на расстояниях, сравнимых с размерами ядра.

Г. Во много раз превосходят гравитационные силы и действуют между любыми частицами.


  1. Массы протона и электрона…
А. Относятся как 1836: 1.

Б. Приблизительно одинаковы.

В. Относятся как 1: 1836.

Г. Приблизительно равно нулю.

^ 8. В ядре атома железа 26 56 Fe содержится:

А. 26 нейтронов и 56 протонов.

Б. 56 нейтронов и 26 протонов.

В. 26 протонов и 56 электронов.

Г. 26 протонов и 30 нейтронов.


  1. В каком приборе происхождение ионизирующей частицы регистрируется по возникновению импульса электрического тока в результате возникновения самостоятельного разряда в газе?
А. В камере Вильсона.

Б. В счётчике Гейгера.

В. В сцинцилляционном счетчике.

Г. В пузырьковой камере.


  1. ^ Определите второй продукт Х ядерной реакции:
13 27 Al + 2 4 Не 15 30 Р + Х

А. Альфа-частица (2 4 Не).

Б. Нейтрон.

В. Протон.

Г. Электрон.

^ 12. Атомное ядро состоит из Z протонов и N нейтронов. Масса свободного нейтрона m n , свободного протона m p . Какое из приведённых ниже условий выполняется для массы ядра m я ?

А. m я Z*m p + m n ; В. m я = Z*m p + N*m n

Г. Для стабильных ядер условие А, для радиоактивных- условие Б.

^ 13. Рассчитать дефект масс (∆ m) в а. е. м. Ядра атома 2 3 Не. Массы частиц и ядра, выраженные в а. е. м., соответственно равны: m n = 1,00866; m p = 1,00728;

m я = 3,01602.

А. ∆ m ≈ 0,072 Б. ∆ m ≈ 0,0072 В. ∆ m ≈ -0,0072 Г.∆ m ≈ 0

^ 14. В каких единицах будет получено значение энергии при вычислении энергии связи атомных ядер с использованием формулы ∆E=m*c 2 ?

А. В электрон-вольтах (эВ).

Б. В мегаэлектрон-вольтах (МэВ)

В. В джоулях.

Г. В а. е. м.

^ 15. В ядерном реакторе в качестве так называемых замедлителей используются такие вещества, как графит или вода. Что они должны замедлять и зачем?

А. Замедляют нейтроны для уменьшения вероятности осуществления ядерной реакции деления.

Б. Замедляют нейтроны для увеличения вероятности осуществления ядерной реакции деления.

В. Замедляют осуществление цепной реакции деления , чтобы легче было управлять реактором.

Г. Замедляют осколки ядер, образовавшихся в результате деления урана, для практического использования их кинетической энергии.

^ 16. Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внутреннем облучении человека?

А. Бета-излучение.

Б. Гамма-излучение.

В. Альфа-излучение.

Г. Все три вида излучения: альфа, бета, гамма.

^ Дополнительное задание.


  1. Все химические элементы существуют в виде двух или большего количества изотопов. Определите отличие в составе ядер изотопов 10 20 Ne и 10 22 Ne
А. изотоп 10 20 Ne имеет в ядре на 2 протона больше, чем 10 22 Ne

Б. изотоп 10 20 Ne имеет в ядре на 2 протона меньше , чем 10 22 Ne

В. изотоп 10 22 Ne имеет в ядре на 2 нейтрона больше , чем 10 20 Ne

Г. изотоп 10 22 Ne имеет в ядре на 2 нейтрона меньше, чем 10 20 Ne

18.При бетта- распаде атомных ядер…

А. Масса ядра остается практически неизменной, поэтому массовое число сохраняется , а заряд увеличивается.

Б. Массовое число увеличивается на 1, а заряд уменьшается на 1.

В. Массовое число сохраняется, а заряд уменьшается на 1.

Г. Массовое число уменьшается на 1, заряд сохраняется.

19. Выделяется или поглощается энергия в ядерной реакции 7 14 N + 2 4 Не → 8 17 О + 1 1 Н? Массы ядер и частиц(в а. м.) соответственно равны: m 7 14 N= 14,00307, m 2 4 Не = 4,00260, m 8 17 О=16,99913, m 1 1 Н =1,00728.

А. Поглощается, т.к. ∆m
Б. Выделяется, т.к. ∆m
В.Поглощается, т.к. ∆m> 0.

Г. Выделяется, т.к. ∆m> 0.

20. Пользуясь законами сохранения массового числа и заряда , а также периодической системой элементов, написать ядерную реакцию , происходящую при бомбардировке 5 11 В альфа – частицами и сопровождаемую выбиванием нейтронов

^ Бланк ответов

к контрольной работе № 5

по теме «Строение атома и атомного ядра»

Класс _____________

Вариант _______

зад.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Ответ

дополнит.

задания


17

18

19

20

Ответ

^ Бланк ответов

к контрольной работе № 5

по теме «Строение атома и атомного ядра»

Дата: ___________________20__г.

Класс _____________

ФИО ________________________________

Вариант _______

зад.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Ответ

дополнит.

задания


17

18

19

20

Ответ

^ Коды правильных ответов.


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

В1

В

Г

В

Б

Г

А

Г

Б

Г

Б

А

Б

А

А

Б

В

В

Г

Б

В2

Г

Б

В

В

Б

В

В

А

Г

Б

Б

А

А

В

В

В

В

А

Б

№20 5 10 В + 0 1 n. → 3 7 Li + 2 4 Не (1 ВАРИАНТ)

5 11 В + 2 4 Не→ 7 14 N + 1 1 Н (2 ВАРИАНТ)

^ Таблица перевода числа правильных ответов на обязательные вопросы в оценку по пятибалльной шкале.

КРИТИЧЕСКАЯ МАССА, минимальная масса материала, способного к ДЕЛЕНИЮ, необходимая для начала ЦЕПНОЙ РЕАКЦИИ в атомной бомбе или атомном реакторе. В атомной бомбе взрывающийся материал разделяют на части, каждая из которых меньше критической… … Научно-технический энциклопедический словарь

См. МАССА КРИТИЧЕСКАЯ. Райзберг Б.А., Лозовский Л.Ш., Стародубцева Е.Б.. Современный экономический словарь. 2 е изд., испр. М.: ИНФРА М. 479 с.. 1999 … Экономический словарь

КРИТИЧЕСКАЯ МАССА - наименьшая (см.) делящегося вещества (уран 233 или 235, плутоний 239 и др.), при которой может возникнуть и протекать самоподдерживающаяся цепная реакция деления атомных ядер. Значение критической массы зависит от вида делящегося вещества, его… … Большая политехническая энциклопедия

КРИТИЧЕСКАЯ масса, минимальная масса делящегося вещества (ядерного горючего), обеспечивающая протекание самоподдерживающейся ядерной цепной реакции деления. Величина критической массы (Mкр) зависит от вида ядерного горючего и его геометрической… … Современная энциклопедия

Минимальная масса делящегося вещества, обеспечивающая протекание самоподдерживающейся ядерной цепной реакции деления … Большой Энциклопедический словарь

Critical mass наименьшая масса топлива, в которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер при определенной конструкции и составе активной зоны (зависит от многих факторов, например: состава топлива, замедлителя, формы… … Термины атомной энергетики

критическая масса - Наименьшая масса топлива, в которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер при определенной конструкции и составе активной зоны (зависит от многих факторов, например: состава топлива, замедлителя, формы активной зоны и… … Справочник технического переводчика

Критическая масса - КРИТИЧЕСКАЯ МАССА, минимальная масса делящегося вещества (ядерного горючего), обеспечивающая протекание самоподдерживающейся ядерной цепной реакции деления. Величина критической массы (Mкр) зависит от вида ядерного горючего и его геометрической… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Минимальное кол во ядерного горючего, содержащего делящиеся нуклиды (233U, 235U, 239Pu, 251Cf), при к ром возможно осуществление ядерной цепной реакции деления (см. Деление ядер. Ядерный реактор, Ядерный взрыв). К. м. зависит от размеров и формы… … Физическая энциклопедия

Минимальная масса делящегося вещества, обеспечивающая протекание самоподдерживающейся ядерной цепной реакции деления. * * * КРИТИЧЕСКАЯ МАССА КРИТИЧЕСКАЯ МАССА, минимальная масса делящегося вещества, обеспечивающая протекание самоподдерживающейся … Энциклопедический словарь

Для осуществления цепной реакции деления необходимо создать размножающую среду, состоящую из чистого делящегося вещества или делящегося вещества и замедлителя, состав которой и обеспечивает возможность развития реакции. Следует учесть, что в этой среде неизбежно будут присутствовать конструкционные материалы. Однако подбор размножающей среды с нужными параметрами еще не обеспечивает все условия для цепной реакции. При небольших размерах, а соответственно и массе размножающей среды большая часть возникающих в ней нейтронов будет вылетать наружу, не успев вызвать делений, и самоподдерживающаяся цепная реакция (СЦР) не возникнет. Утечка нейтронов из объема с размножающей средой приводит к тому же результату, что и их поглощение без деления.

По мере увеличения размеров размножающей среды увеличивается средняя длина пути нейтронов в ней, а следовательно, и число столкновений с ядрами с последующим делением и возникновением новых нейтронов.. Для описания поведения реактора во времени был введен коэффициент размножения k эфф - отношение числа нейтронов в последующем поколении к числу нейтронов в предыдущем. В такой трактовке при увеличении размеров среды k эфф растет от нуля при нулевой вероятности делений до величин, больших единицы, при лавиноподобном росте числа нейтронов в ряду поколений.

При k эфф, равном единице, интенсивность процесса делений не меняется во времени - процесс является самоподдерживающимся, и такая система называется критической . При k эфф < 1 скорость делений будет уменьшаться, и в этом случае систему называют подкритической . При k эфф > 1 система надкритическая .

Минимальная масса делящегося материала, необходимая для осуществления самоподдерживающейся реакции деления, называется критической массой . Если масса превысит критическую, то в каждом следующем поколении будет рождаться больше нейтронов, чем в предыдущем, и цепная реакция будет развиваться. Значение критической массы зависит от свойств делящегося нуклида (235 U или 239 Pu), состава размножающей среды и ее окружения. Величина критической массы может меняться от нескольких сот граммов в экспериментальных устройствах до десятков килограммов в ядерных боеголовках и нескольких тонн в больших энергетических реакторах. Рассмотрим ядерный реактор на естественном уране . В нем может возникнуть самоподдерживающаяся цепная реакция, если число вторичных нейтронов, рожденных при делении и способных вызвать дальнейшие деления, оказывается достаточным для того, чтобы поддерживать скорость деления в реакторе на постоянном уровне.

Чем больше размеры(утечка идет ведь только через поверхность) реактора и ближе форма активной зоны реактора к сфере, тем меньше(при прочих равных условиях) утечка и тем выше Р.

Для цепной реакции к эфф =Р∙к ∞ =1

Это достигается при определенном min размере реактора, который называется критическим размером реактора.

А наименьшая масса ядерного топлива, содержащегося в активной зоне реактора критического размера, при котором может ошуществлятся цепная реакция деления топлива,называется критической массой. Величина ее зависит от ряда факторов:

1).степени обогащения топлива;

2).количества и ядерных свойств замедлителя и конструкционных материалов;

3).наличия эффективности отражателя.

Применение обогащения и позволяет уменьшить размеры критической массы и реактора(обогащение урана изотопом U 235 >5% не дает существенного увеличения в балансе нейтронов).

Критическая масса и размеры активной зоны реактора.

1).выгорания топлива для выработки заданного количества энергии(заданной мощности в течение заданного времени);

2).компенсации вредных поглощений и компенсации температурных эффектов, возникающих в процессе ядерной реакции.

Раз масса загруженного топлива больше критической к эфф >1, что ведет к надкритическому состоянию реактора.

Чтобы удержать к эфф =1, реактор имеет систему компенсации и регулирования, с помощью которой в активную зону вводятся специальные пластины и стержни сильно поглощающие нейтроны, перемещаемые по мере выгорания топлива.

Время работы топлива в реакторе при полной его мощности между загрузками называется кампанией реактора(регулируемые стержни изготавливают из кадмий-113, графит-114,бар-10).