§ 63 Деление ядер урана. Цепная реакция
В 1939 году Отто Ган и Фриц Штрассман обнаружили, что ядра урана могут распадаться на более лёгкие ядра при захвате нейтрона. Поглотив нейтрон, ядро урана становится нестабильным, сильно деформируется и затем распадается на два осколка. При этом выделяется большое количество энергии и высвобождается обычно 2–3 новых нейтрона.
Выделяющаяся энергия проявляется главным образом в виде тепла. Именно этот принцип используется в ядерных реакторах на атомных электростанциях.
Поскольку при каждом акте деления появляются новые нейтроны, они могут вызывать дальнейшие деления ядер. Так возникает цепная реакция. Если нейтронов становится слишком много, процесс начинает нарастать лавинообразно и превращается во взрывную реакцию — как в атомной бомбе. Если же нейтронов недостаточно для поддержания делений, реакция постепенно затухает.
Для того чтобы цепная реакция протекала устойчиво, необходимо наличие определённой минимальной массы делящегося материала. Эту массу называют критической. На её величину влияет содержание изотопа урана-235, наличие замедлителя нейтронов (например, графита, лёгкой или тяжёлой воды) и отражающей оболочки, которая возвращает нейтроны обратно в образец.
Для урана-235 критическая масса в обычных условиях составляет примерно 50 кг, однако при специально подобранных условиях её можно снизить до величины порядка 0,8 кг.