Физические основы получения атомной энергии | страница 56

Величина коэффициента размножения нейтронов зависит от массы (веса) и геометрической формы куска делящегося вещества. Чем больше масса куска, тем больше при прочих равных условиях коэффициент размножения K. Так называемая критическая масса — это как раз такая масса, при которой коэффициент размножения нейтронов равен единице.

Коэффициент размножения нейтронов у кусков одинаковой массы, но различной формы, имеет разную величину. Легко понять, что если кусок урана взять, например, в виде тонкой пластинки, то даже при очень большой массе (весе) ее коэффициент размножения будет меньше единицы, и цепная реакция не разовьется. Это объясняется тем, что у тонкой пластинки очень велика поверхность, через которую вторичные нейтроны будут уходить в окружающее пространство, не производя делений (рис. 30, а).

Иное дело, если такое же количество урана взять в виде шара (рис. 30, б). При одной и той же массе, а значит и объеме шар обладает наименьшей поверхностью по сравнению с куском урана любой другой формы. Например, прямоугольная пластинка с размерами 0,5∙40∙25 см при объеме в 500 см^>3 имеет поверхность 2065 см^>2. Шар такого же объема (радиус его равен примерно 5 см) имеет поверхность всего около 314 см^>2. Как видим, при одном и том же объеме (массе) поверхность шара значительно меньше, чем у тонкой пластинки. Поэтому утечка нейтронов в окружающее пространство у шара значительно меньше, чем у тонкой пластинки. Это значит, что у шара коэффициент размножения K будет равен единице при значительно меньшей массе, чем у куска любой другой формы. Другими словами, критическая масса имеет наименьшую величину в случае, когда кусок делящегося вещества имеет форму шара. Расчет показывает, что для урана 235 в этом случае критическая масса составляет несколько килограммов. Следует иметь в виду, что присутствие в уране 235 хотя бы в самом незначительном количестве посторонних примесей, поглощающих нейтроны, вызывает их дополнительные потери. Это влечет за собой уменьшение коэффициента размножения и, следовательно, увеличение критической массы.