Почему уран-235 не может нормально делиться без замедлителей нейтронов?

[burbulis]

Приветствую!

Я тут начал погружаться в мир ядерной физики.

Не дает покоя один вопрос. Везде пишут, что без нейтронных замедлителей цепная реакция в уране-235 затухает. Нейтроны нужно искусственно замедлять, иначе все остановится. Но блин, это же как-то нелогично. По идее, чем быстрее летит нейтрон, тем сильнее он разобьет ядро. По аналогии с бильярдными шарами. Почему же тогда быстрые нейтроны плохо разбивают ядра урана-235?

Как-то все нелогично устроено в ядерном мире...

[Arkadiy]

В 13.11.2025 в 16:11, burbulis сказал:

Приветствую!

Я тут начал погружаться в мир ядерной физики.

Не дает покоя один вопрос. Везде пишут, что без нейтронных замедлителей цепная реакция в уране-235 затухает. Нейтроны нужно искусственно замедлять, иначе все остановится. Но блин, это же как-то нелогично. По идее, чем быстрее летит нейтрон, тем сильнее он разобьет ядро. По аналогии с бильярдными шарами. Почему же тогда быстрые нейтроны плохо разбивают ядра урана-235?

Как-то все нелогично устроено в ядерном мире...

Нейтрон не разбивает  ядро, нейтрон  присоединяется,к ядру, создавая новое метастабильное ядро, которое распадается на два ядра и выбрасывает несколько нейтронов

[burbulis]

В 13.11.2025 в 17:47, Arkadiy сказал:

Нейтрон не разбивает  ядро, нейтрон  присоединяется,к ядру, создавая новое метастабильное ядро, которое распадается на два ядра и выбрасывает несколько нейтронов

Т.е. получается что быстрым нейтронам труднее присоединиться к ядрам U-235?

 

Но тогда непонятно, как работает ЯО на U-235, хотя бы тот же "Малыш" с пушечной системой. Там же замедлителей нейтронов не было. Тупо 2 куска один в другой влетели и шарахнуло. Почему там все сработало без нейтронных замедлителей?

[Arkadiy]

В 13.11.2025 в 18:32, burbulis сказал:

Т.е. получается что быстрым нейтронам труднее присоединиться к ядрам U-235?

 

Но тогда непонятно, как работает ЯО на U-235, хотя бы тот же "Малыш" с пушечной системой. Там же замедлителей нейтронов не было. Тупо 2 куска один в другой влетели и шарахнуло. Почему там все сработало без нейтронных замедлителей?

Так то бомба, а не реактор! Коэффициент размножения нейтронов в реакторе должен быть чуть больше 1, а  в бомбе это не  так важно. U-235 сам по себе распадается спонтанно, при этом образуется 3-5 нейтронов, а их замедлителем служит сам уран

[St2Ra3nn8ik]

В 13.11.2025 в 13:11, burbulis сказал:

Почему же тогда быстрые нейтроны плохо разбивают ядра урана-235?

В спектре поглощения нейтронов у ядер U²³⁵ есть пики резонансного поглощения, на которых сечение поглощения нейтронов максимальное. Эти пики как раз лежат в области тепловых энергий нейтронов. Так-то U²³⁵ прекрасно делится и быстрыми нейтронами, но в промышленных реакторах на тепловых нейтронах применяется низкообогащённый по изотопу U²³⁵ уран (до нескольких %), или вовсе природный (где U²³⁵ ок. 0,72%; это тяжеловодники) - остальные 90 с лишним % U²³⁸, который нейтроны жрёт, а вот делиться ими не очень любит, поэтому нейтроны приходится замедлять, чтобы их энергия попала в пик поглощения U²³⁵ и они эффективнее поглощались им, а не 238-м.

 

В 13.11.2025 в 15:32, burbulis сказал:

Т.е. получается что быстрым нейтронам труднее присоединиться к ядрам U-235?

 

Но тогда непонятно, как работает ЯО на U-235, хотя бы тот же "Малыш" с пушечной системой. Там же замедлителей нейтронов не было. Тупо 2 куска один в другой влетели и шарахнуло. Почему там все сработало без нейтронных замедлителей?

А тут чуть по-другому. В изделиях (а также в быстрых реакторах) применяется высокообогащённый по изотопу U²³⁵ уран. В нём намного меньше мешающего СЦР U²³⁸, поэтому она протекает и на быстрых нейтронах успешно и замедлитель не требуется.

 

В 13.11.2025 в 16:27, Arkadiy сказал:

U-235 сам по себе распадается спонтанно, при этом образуется 3-5 нейтронов, а их замедлителем служит сам уран

0. Это у Pu²³⁹, а у U²³⁵ в среднем 2-3.

1.1. U²³⁵ самый фрелловый замедлитель из всех! Лучшие замедлители, это те, у которых масса ядер близка к массе нейтронов - это протий, но он нейтроны с радостью поглощает, давая дейтерий, который чуть хуже их замедляет, но зато и намного меньше поглощает, He⁴, вовсе их не поглощающий, и углерод - уже похуже, но ещё годится.

1.2. Высокообогащённому U²³⁵ замедлитель для СЦР не обязателен, хотя и можно его применить.

 

В 13.11.2025 в 16:27, Arkadiy сказал:

Коэффициент размножения нейтронов в реакторе должен быть чуть больше 1

А для этого нужен не только замедлитель, но и поглотитель нейтронов (B, Cd, Hf, некоторые лантаноиды) и отражатель (Be). И они нужны в реакторах, изделиям же, за исключением отражателя, они нужны не более, чем звездолёту пропеллер.

Изменено 13 Ноября, 2025 в 17:10 пользователем St2Ra3nn8ik

[burbulis]

А природный уран без замедлителя нейтронов вообще не будет давать СЦР? Даже в количествах несколько сотен тонн? Напр. если сложить из урановых кирпичей здоровенный куб (типа как Чикагская поленница), только массой в 500-600 тонн?

[St2Ra3nn8ik]

В 13.11.2025 в 18:20, burbulis сказал:

А природный уран без замедлителя нейтронов вообще не будет давать СЦР? Даже в количествах несколько сотен тонн? Напр. если сложить из урановых кирпичей здоровенный куб (типа как Чикагская поленница), только массой в 500-600 тонн?

Нет. Там сейчас слишком мало U²³⁵.

Вот 2,2 гигагода назад его было несколько процентов в природной смеси изотопов, но и тогда урановое месторождение дало природный реактор (в Окло, см. педивикию), только когда туда стала грунтовая вода поступать и стала , т. о. замедлителем.

[burbulis]

А обычная вода это слабый замедлитель нейтронов?

[St2Ra3nn8ik]

В 13.11.2025 в 20:52, burbulis сказал:

А обычная вода это слабый замедлитель нейтронов?

Нет, замедляет она хорошо, но она и поглощает их заметно, в результате часть нейтронов просто теряется.

А вот тяжёлая вода замедляет нейтроны чуть хуже лёгкой, но зато и поглощает их заметно меньше, потому тяжёловодники и работают эффективнее реакторов на обычной, лёгкой воде.

[burbulis]

А тяжелая вода нужна именно 100% D2O, или смесь H2O/D2O тоже сгодится? Допустим вот для реактора на природном уране, нужна прям 100% D2O?