Задание #6
Вопрос:
Чему приблизительно равна критическая масса урана-235?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) 9 кг
2) 20 кг
3) 120 кг
4) 60 кг
Ответы
Ответ:
4) 60 кг.
Объяснение:
Критическая масса - наименьшая масса ядерного горючего, которое необходимо для протекания ядерной цепной реакции деления. Критическая масса тем меньше, чем меньше период полураспада деления и чем выше обогащение рабочего элемента делящимся изотопом.
Критическая масса, как и любая другая масса рассчитывается по формуле:
Где - плотность ядерного горючего, в нашем случае урана - 235,
- объем образца, это может либо сфера, либо кубик, но обычно образцы в форме сферы. Тогда
, где
- критический радиус сферы:
.
Тогда формула для критической массы преобразуется:
Где - константа скорости реакции размножения нейтронов,
- коэффициент диффузии нейтронов.
Критическая масса зависит от формы и размеров образца, ее структуры, наличия замедлителя распада, от коэффициента размножения и коэффициента диффузии нейтронов. Их определение является сложной экспериментальной задачей.
Наименьшие критические размеры и массу имеет делящееся среда в форме шара. Тогда, для высокообогащенного урана формой шара без отражателя критическая масса будет составлять примерно 52 кг и радиусом 9 см. Применяя замедлитель нейтронов и отражающую нейтроны оболочку из бериллия, можно снизить критическую массу вплоть до 250 граммов.
Поэтому наиболее близким к идеальному образцу, является четвертый вариант ответа 4) 60 кг.