Я́ДЕРНЫЕ ЦЕПНЫ́Е РЕА́КЦИИ

Я́ДЕРНЫЕ ЦЕПНЫ́Е РЕА́КЦИИ, ядер­ные ре­ак­ции, в ко­то­рых час­ти­цы, их вы­зы­ваю­щие, об­ра­зу­ют­ся в хо­де са­мих этих ре­ак­ций. При­ме­ром Я. ц. р. слу­жит ре­ак­ция де­ле­ния яд­ра ²³⁵U под дей­ст­ви­ем ней­тро­на. В хо­де этой ре­ак­ции об­ра­зу­ет­ся бо­лее 1 ней­тро­на (что по­ка­за­ли Г. Н. Флё­ров и амер. фи­зи­ки У. Зинн и Л. Си­лард). В этом слу­чае один вто­рич­ный ней­трон про­дол­жа­ет це­поч­ку ядер­ных ре­ак­ций, а дру­гие соз­да­ют но­вые це­пи, ко­то­рые сно­ва вет­вят­ся. Впер­вые та­кая Я. ц. р. бы­ла осу­ще­ст­в­ле­на Э. Фер­ми в 1942. С про­цес­сом ветв­ле­ния кон­ку­ри­ру­ют про­цес­сы, при­во­дя­щие к об­ры­вам це­пей, что по­ро­ж­да­ет спе­ци­фич. пре­дель­ные (кри­тич.) яв­ле­ния. Чис­ло вто­рич­ных ней­тро­нов, ко­то­рые мо­гут про­дол­жать ре­ак­ции де­ле­ния, в от­но­ше­нии к чис­лу ней­тро­нов пер­во­го по­ко­ле­ния, вы­звав­ших де­ле­ние, на­зы­ва­ют ко­эф. раз­мно­же­ния ней­тро­нов 𝑘. При 𝑘≫1 Я. ц. р. ста­но­вит­ся не­управ­ляе­мой, про­ис­хо­дит ядер­ный взрыв. При 𝑘=1 чис­ло де­ле­ний в еди­ни­цу вре­ме­ни по­сто­ян­но и мо­жет про­ис­хо­дить са­мо­под­дер­жи­ваю­щая­ся ядер­ная цеп­ная ре­ак­ция.

При­род­ный уран со­сто­ит пре­им. из изо­то­пов ²³⁸U (бо­лее 99%) и ²³⁵U. Яд­ро ²³⁸U де­лит­ся толь­ко под дей­ст­ви­ем ней­тро­нов с энер­ги­ей бо­лее 1 МэВ, яд­ро ²³⁵U – под дей­ст­ви­ем ней­тро­нов лю­бых энер­гий, при­чём се­че­ние ре­ак­ции де­ле­ния воз­рас­та­ет с умень­ше­ни­ем энер­гии ней­тро­на. Од­на­ко при де­ле­нии яд­ра ²³⁵U под дей­ст­ви­ем ней­тро­на вы­ле­та­ет в ср. 2,5 ней­тро­на с энер­ги­ей от 0,1 МэВ до 14 МэВ; сле­до­ва­тель­но, для эф­фек­тив­ной Я. ц. р. не­об­хо­дим за­мед­ли­тель ней­тро­нов. Кро­ме то­го, чис­ло ней­тро­нов, спо­соб­ных ини­ции­ро­вать де­ле­ние ура­на, умень­ша­ет­ся за счёт ра­диа­ци­он­но­го за­хва­та, вы­ле­та ней­тро­нов из ак­тив­ной зо­ны ре­ак­то­ра, за­мед­ле­ния ней­тро­нов при не­уп­ру­гом рас­сея­нии. Са­мо­под­дер­жи­ваю­щая­ся Я. ц. р. де­ле­ния воз­мож­на толь­ко в том слу­чае, ес­ли мас­са де­ля­ще­го­ся ве­ще­ст­ва не мень­ше кри­ти­че­ской мас­сы.

Для соз­да­ния управ­ляе­мой Я. ц. р., иду­щей под дей­ст­ви­ем ней­тро­нов, вре­мя жиз­ни од­но­го по­ко­ле­ния ней­тро­нов долж­но быть дос­та­точ­но ве­ли­ко. Управ­ляе­мая Я. ц. р. воз­мож­на толь­ко при уча­стии т. н. за­паз­ды­ваю­щих ней­тро­нов, вы­ле­таю­щих из про­дук­тов де­ле­ния по­сле β-рас­па­да ос­кол­ков де­ле­ния (см. так­же Де­ле­ние атом­но­го яд­ра).