Атомный взрыв. Присутствующие в уране235 примеси поглощают нейтроны, что создает дополнительные их потери. Эти потери могут быть компенсированы только уменьшением выхода нейтронов наружу. А это приводит к увеличению критического веса урана235.
Здесь можно провести аналогию с горением сырого дерева. Вода поглощает большое количество тепла, выделяющегося при горении, и поэтому трудно разжечь и поддерживать огонь в сырых дровах.
В уране при большом содержании примесей потеря нейтронов вследствие их поглощения не может быть компенсирована ни отражателем, ни увеличением критического веса урана. В таком «грязном» уране цепной процесс не может возникнуть, как бы мы ни увеличивали размеры куска. Поглощающей нейтроны примесью является тяжелый изотоп урана — уран238. Поэтому в сплошном куске природного урана любого объема цепной процесс осуществить нельзя.
Наши рассуждения можно подтвердить очень простыми расчетами.
Предположим, что в куске урана цепной процесс начался в результате одновременного появления N0 нейтронов. Из этих нейтронов некоторое число поглотится примесями, и если предположить, что р есть доля нейтронов, которым удалось избежать этого поглощения, то останется, очевидно, N0p нейтронов. Кроме этого, часть нейтронов выйдет наружу, но некоторая доля f нейтронов произведет деление ядер урана. В каждом делении будет освобождаться v новых нейтронов. Таким образом, мы будем иметь второе поколение нейтронов в количестве N0pfv. Очевидно, что каждая из величин р и f будет меньше единицы.
Для того чтобы шел цепной процесс, потери нейтронов должны быть полностью компенсированы. Поэтому число нейтронов второго поколения должно быть равно начальному количеству нейтронов или больше его, то есть N0pfv>=N0, или pfv>l(Знак обозначает, что находящаяся влево от него величина должна быть больше или равна правой.).
Величина pfv = К называется коэффициентом размножения нейтронов. Цепной процесс может идти, только если K>=1. При К= 1 цепной процесс начинается, и это равноценно нашему условию, что хотя бы один из нейтронов деления произвел новое деление. Если коэффициент размножения больше единицы, то число нейтронов нарастает лавиной. Действительно, если в начальный момент было No нейтронов, то при K>1 в последующих поколениях количество нейтронов будет все время расти:
В чистом уране235, где поглощение нейтронов почти полностью отсутствует, коэффициент р близок к единице. Среднее число нейтронов, приходящихся на одно деление v, приблизительно равно