Физические основы получения атомной энергии | страница 54
В большом куске урана процесс деления большинства ядер осуществляется всего за 2–3 миллионные доли секунды, в течение которых в весьма малом объеме выделится огромное количество ядерной энергии. В результате получится взрыв колоссальной силы, называемый атомным взрывом. Предельное количество энергии, которое может выделиться в атомном взрыве 1 кг урана 235 при делении всех его ядер, приблизительно равно энергии взрыва 20 тыс. т обычного взрывчатого вещества — тротила (тола). Однако энергии фактически выделяется значительно меньше вследствие того, что не весь уран успевает прореагировать и часть его разбрасывается.
В малых кусках урана 235 цепная реакция невозможна, и если даже ее начать, то она все равно тотчас же затухнет, так как большая часть вторичных нейтронов вылетит за пределы куска, не успев столкнуться с новыми ядрами и вызвать их деление (рис. 28). Это объясняется тем, что ядра занимают в веществе ничтожно малую часть его объема. Напомним, что диаметр атома равен в среднем одной стомиллионной доле сантиметра, а диаметр ядра еще меньше в десятки тысяч раз.
Следует также иметь в виду, что часть нейтронов может быть потеряна для деления вследствие их захвата ядрами атомов посторонних примесей и самого урана без деления.
Если размеры куска урана, в котором происходит деление, увеличивать, то пробег нейтрона в веществе возрастает, отчего шансы его столкнуться с ядром и произвести деление увеличиваются. Поэтому при увеличении размеров куска урана относительная потеря нейтронов за счет утечки их наружу уменьшается и при некотором объеме куска наступает момент, когда начавшаяся реакция будет развиваться дальше самостоятельно, сама себя поддерживая. Наименьшее количество урана или плутония, при котором возможна цепная реакция, называется критической массой. При этой массе один из вторичных нейтронов каждого делящегося ядра обязательно вызовет новое деление. Поэтому-то реакция и сможет в этом случае сама себя поддерживать. При бóльшей массе урана еще бóльшее число вторичных нейтронов будет вызывать новые деления. На рис. 29 схематически показано начало развития цепной реакции в куске урана с массой больше критической. В этой схеме исходное деление (I) дает три вторичных нейтрона (первое поколение нейтронов). Все они в нашем примере вызывают новые (вторые) деления (II), в результате чего появляется второе поколение нейтронов в количестве 8. Один из нейтронов этого поколения, столкнувшись с ядром атома какой-либо примеси, захватывается им без деления и новых нейтронов не вызывает. Остальные «рождают» несколько нейтронов третьего поколения, которые в дальнейшем «порождают» новые вторичные нейтроны, и т. д.
