Question

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

​

Answer 1

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:  $M=p*V$

Где $p$ - плотность ядерного горючего, в нашем случае урана - 235, $V$ - объем образца, это может либо сфера, либо кубик, но обычно образцы в форме сферы. Тогда $V=\frac{4}{3}*\pi*R^3$, где $R$ - критический радиус сферы: $R=\pi*\sqrt{\frac{D}{\beta } }$.

Тогда формула для критической массы преобразуется:

$M=p*\pi^4*\frac{4}{3}*(\frac{D}{\beta })^{\frac{3}{2}}$

Где $\beta >0$ - константа скорости реакции размножения нейтронов, $D$ - 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  $U^{235}_{92}$ 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.