Рис. 2. Деление ядра урана-235
Существует несколько возможных результатов деления ядра урана-235:
1. Распад на барий и криптон с выделением трёх нейтронов:
2. Распад на ксенон и стронций с выделением двух нейтронов:
Делением ядра называется ядерная реакция деления тяжёлого ядра, возбуждённого захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые осколками деления.
Ядра урана-238 могут делиться лишь под влиянием нейтронов большой энергии (быстрых нейтронов). Такую энергию имеют только 60 % нейтронов, появляющихся при делении ядра урана-238. Примерно только 1 из 5 образовавшихся нейтронов вызывает деление ядра.
Механизм превращения энергии во время деления ядра. Единица измерения энергии
Поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, образующихся в результате распада, то реакция деления протекает с выделением энергии. Вычислить эту энергию можно по аналогии с энергией связи.
, где
Кулоновские силы, разгоняя осколки ядра, придают им определённую кинетическую энергию. Однако эти осколки тормозятся окружающей средой, преобразуя свою кинетическую энергию во внутреннюю энергию окружающей среды. Таким образом, вследствие деления ядер урана наблюдается колоссальный нагрев всего окружающего пространства. Для примера, при полном делении всех ядер одного грамма урана выделится энергия эквивалентная сгоранию 2,5 т нефти.
Использовать стандартную единицу измерения энергии (Дж) для ядер не совсем удобно, так как энергия одного ядра крайне мала. Для микромира была введена специальная единица измерения – электронвольт.
Один электронвольт равен работе, которую должно совершить поле при перемещении элементарного заряда между разностью потенциалов 1 В.
Цепная ядерная реакция
Любой из нейтронов, вылетающий из ядра, может попасть в соседнее ядро и вызвать излучение им новых нейтронов, которые, в свою очередь, попадут в новые ядра, и те излучат новые нейтроны. В результате получается процесс, который поддерживает сам себя. Такой процесс называется цепной ядерной реакцией.
Цепная ядерная реакция – самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.
Суть такой реакции заключается в том, что на первом этапе распада выделяется, допустим, N нейтронов, на следующем этапе – нейтронов, и т. д. (см. Рис. 3). Количество нейтронов в реакции растёт в геометрической прогрессии. Это приводит к тому, что колоссально растёт выделяемая энергия, которая позволяет реакции поддерживать саму себя.
Возможны различные варианты протекания цепных ядерных реакций, эти процессы позволяет описывать физическая величина, которая называется критическая масса.
Критическая масса () – минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной ядерной реакции. Критическая масса известна для различных радиоактивных элементов (для урана-235 она составляет 48 кг).
Рис. 3. Рост числа нейтронов при цепной реакции
В зависимости от массы рассматриваемого образца цепные ядерные реакции делят на следующие формы протекания:
1. Если масса образца меньше критической массы (), то число нейтронов убывает и реакция затухает.
2. Если масса образца больше критической массы (), то число нейтронов лавинообразно увеличивается, реакция становится неуправляемой, что приводит к взрыву.
3. Если масса образца соответствует критической, протекает управляемая цепная реакци
Объяснение:
Вариант 1
1. Какая из перечисленных ниже единиц принята за единицу работы?
А. Паскаль. Б. Килограмм. В. Джоуль. Г. Ватт.
2. Установи соответствие между физическими величинами и единицами их измерения:
А) Работа
1) метр
Б) Мощность
2) Джоуль
В) Плечо силы
3) Ватт
4)килограмм
5) Ньютон
А
Б
В
3. Кран поднял плиту массой 300 кг и перенёс её на стену, находящуюся на расстоянии 30 м. Определите работу крана без учёта сил трения. Движение плиты следует считать равномерным.
А. 90 000 Дж. Б. 9 000 Дж. В. 10 Дж. Г.90 Дж.
4.На рисунке изображён рычаг, имеющий ось вращения в точке О. Груз какой массы надо подвесить в точке В, чтобы рычаг был в равновесии?
А. 200 г. Б. 100 г. В. 300 г. Г. 400 г.
5. Какова масса тела, если на высоте 20 м оно обладает потенциальной энергией 11 кДж.
А. 55 кг. Б. 220 кг. В. 550 кг. Г. 5 кг.
6.Определите кинетическую энергию пули массой 9 г, движущуюся со скоростью 1500 м/с.
А. 10 125 Дж. Б. 1 0125 000 Дж. В. 6750 Дж. Г. 13 500 Дж.
7. Какой механизм изображён на рисунке?
А. Рычаг. Б. Наклонная плоскость. В. Неподвижный блок. Г. Подвижный блок.
8. С рычага совершена полезная работа 40 Дж. Определите КПД рычага, если полная работа составила 80 Дж.
А. 40 %. Б. 50 %. В.80 %. Г. 120 %.
9. Трактор движется равномерно по горизонтальному пути со скоростью 2 м/с. Сила тяги двигателя 500 Н. Определите мощность двигателя трактора.
А. 250 Вт. Б. 1000 Вт. В. 100 Вт. Г. 25 Вт.
10. Машина перевозит груз по горизонтальному участку пути на расстояние 20км за 20 минут. Сила тяги двигателя 300 Н. Определите работу, совершаемую машиной при перемещении груза, и мощность, развиваемую двигателем.
А. 300 000 Вт, 600 000 Дж. Б. 15 Дж, 0,75 Вт. В. 6 000 000 Дж, 5 000 Вт. Г.6 000 000 Дж,
500 Вт
Вариант 2
1. Какая из перечисленных ниже единиц принята за единицу мощности?
А. Паскаль. Б. Килограмм. В. Джоуль. Г. Ватт.
2. Установи соответствие между физическими величинами и единицами их измерения:
А) Энергия
1) метр
Б) Момент силы
2) Джоуль
В) Работа
3) Ватт
4)килограмм
5) Ньютон
А
Б
В
3. Кран поднял плиту массой 500 кг и перенёс её на стену, находящуюся на расстоянии 26 м. Определите работу крана без учёта сил трения. Движение плиты следует считать равномерным.
А. 12500 Дж. Б. 125000 Дж. В. 200 Дж. Г. 2 Дж.
4. На рисунке изображён рычаг, имеющий ось вращения в точке О. Груз какой массы надо подвесить в точке В, чтобы рычаг был в равновесии?
А. 400 г. Б. 200 г. В. 300 г. Г. 40 г
5.На какую высоту поднялась птица, если при массе 3 кг она обладает потенциальной энергией 6 кДж.
А. 200 м. Б. 20 м. В. 100 м. Г. 18 м.
6.Определите кинетическую энергию автомобиля массой 3т, движущегося со скоростью 90 км/ч.
А. 937 500 Дж. Б. 270 Дж. В. 270 000 Дж. Г. 24 300 000 Дж.
7. Какой механизм изображён на рисунке?
А. Рычаг. Б. Наклонная плоскость. В. Неподвижный блок. Г. Подвижный блок.
8. С рычага совершена полезная работа 80 Дж. Определите КПД рычага, если полная работа составила 100 Дж.
А. 180 %. Б. 50 %. В.80 %. Г. 100 %.
9. Автомобиль равномерно движется по горизонтальному пути со скоростью 3 м/с. Сила тяги двигателя равна 800 Н. Определите мощность двигателя.
А.240 Вт. Б. 24 Вт. В. 24 000 Вт. Г. 2400 Вт.
10. Мальчик перевозит груз по горизонтальному участку пути на расстояние 115 м за 10 минут. Сила тяги равна 250 Н. Определите работу, совершённую мальчиком, и развиваемую им мощность.
А. 3 000 Дж, 5 Вт. Б. 30 000 Дж, 50 Вт. В. 30 000 Дж, 3000 Вт. Г. 300 Дж, 30 Вт.
ответы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вар. 1
В
231
А
А
А
А
Г
Б
Б
В
Вар.2
Г
312
Б
А