Кои ядра отделят най-много енергия при делене? Ядрено делене и синтез

Как е открит и описан този процес. Използването му като източник на енергия и ядрени оръжия.

"Неделим" атом

Двадесет и първи век е пълен с изрази като „атомна енергия“, „ядрени технологии“, „радиоактивни отпадъци“. От време на време заглавия във вестницитеИма мигащи съобщения за възможността от радиоактивно замърсяване на почвата, океаните и ледовете на Антарктида. Обикновеният човек обаче често няма много добра представа какво представлява тази област на науката и как тя помага в Ежедневието. Струва си да започнем, може би, с историята. Още с първия въпрос, който един добре охранен и облечен човек зададе, той се заинтересува как е устроен светът. Как вижда окото, защо чува ухото, как водата се различава от камъка - това е вълнувало мъдреците от незапомнени времена. Също така в древна индияи Гърция, някои любознателни умове предположиха, че има минимална частица (наричана още „неделима“), която има свойствата на материал. Средновековните химици потвърждават предположението на мъдреците и съвременната дефиниция на атома е следната: атомът е най-малката частица от веществото, което е носител на неговите свойства.

Части от атом

Развитието на технологиите (по-специално фотографията) обаче доведе до факта, че атомът вече не се счита за най-малката възможна частица материя. И въпреки че един атом е електрически неутрален, учените бързо разбраха, че той се състои от две части с различни заряди. Броят на положително заредените части компенсира броя на отрицателните, така че атомът остава неутрален. Но нямаше недвусмислен модел на атома. Тъй като по това време класическата физика все още е доминираща, се правят различни предположения.

Атомни модели

Първоначално беше предложен моделът „кифличка със стафиди“. Положителният заряд сякаш изпълваше цялото пространство на атома, а отрицателните заряди бяха разпределени в него като стафиди в кифличка. Известният определя следното: в центъра на атома има много тежък елемент с положителен заряд (ядро), а около него са разположени много по-леки електрони. Масата на ядрото е стотици пъти по-тежка от сбора на всички електрони (съставлява 99,9 процента от масата на целия атом). Така се ражда планетарният модел на атома на Бор. Някои от елементите му обаче противоречат на приетите по това време класическа физика. Затова беше разработена нова, квантовата механика. С появата му започва некласическият период на науката.

Атом и радиоактивност

От всичко казано по-горе става ясно, че ядрото е тежката, положително заредена част от атома, която съставлява неговата маса. Когато позициите на електроните в орбитата на атома бяха добре проучени, беше време да разберем природата на атомното ядро. Блестящ и неочакван човек се притече на помощ открита радиоактивност. Това помогна да се разкрие същността на тежката централна част на атома, тъй като източникът на радиоактивност е ядреното делене. В началото на деветнадесети и двадесети век откритията идват едно след друго. Теоретично решениеедна задача наложи необходимостта от извършване на нови експерименти. Резултатите от експериментите породиха теории и хипотези, които трябваше да бъдат потвърдени или опровергани. Често най-големите откритиясе появи просто защото по този начин формулата стана удобна за изчисления (като например кванта на Макс Планк). Още в началото на ерата на фотографията учените знаеха, че урановите соли осветяват светлочувствителен филм, но не подозираха, че това явление се основава на ядреното делене. Следователно радиоактивността е изследвана, за да се разбере природата на ядрения разпад. Очевидно е, че радиацията е генерирана от квантови преходи, но не е напълно ясно кои точно. Кюри добивали чист радий и полоний, обработвайки уранова руда почти на ръка, за да отговорят на този въпрос.

Радиоактивен заряд

Ръдърфорд направи много за изучаването на структурата на атома и допринесе за изучаването на това как се случва деленето на атомното ядро. Ученият поставил излъчването, освободено от радиоактивен елемент, в магнитно поле и получил удивителен резултат. Оказа се, че радиацията се състои от три компонента: единият е неутрален, а другите два са положително и отрицателно заредени. Изследването на ядреното делене започва с идентифицирането на неговите компоненти. Доказано е, че ядрото може да се раздели и да отдаде част от положителния си заряд.

Основна структура

По-късно се оказа, че атомното ядро ​​се състои не само от положително заредени частици протони, но и от неутрални частици неутрони. Заедно те се наричат ​​нуклони (от английския „nucleus“, ядро). Учените обаче отново се натъкнаха на проблем: масата на ядрото (т.е. броят на нуклоните) не винаги съответства на неговия заряд. При водорода ядрото има заряд +1, а масата може да бъде три, две или едно. Следващият хелий в периодичната таблица има ядрен заряд +2, докато ядрото му съдържа от 4 до 6 нуклона. По-сложните елементи могат да имат много голямо количестворазлични маси с еднакъв заряд. Тези вариации на атоми се наричат ​​изотопи. Освен това някои изотопи се оказаха доста стабилни, докато други бързо се разпаднаха, тъй като се характеризираха с ядрено делене. На какъв принцип броят на нуклоните съответства на стабилността на ядрата? Защо добавянето само на един неутрон към тежко и напълно стабилно ядро ​​доведе до неговото разцепване и освобождаване на радиоактивност? Колкото и да е странно, отговорът на този важен въпрос все още не е намерен. Опитен начинОказа се, че стабилните конфигурации съответстват на определен брой протони и неутрони атомни ядра. Ако в ядрото има 2, 4, 8, 50 неутрона и/или протона, тогава ядрото определено ще бъде стабилно. Тези числа дори се наричат ​​магически (и възрастните учени ги наричат ​​така, ядрени физици). По този начин деленето на ядрата зависи от тяхната маса, т.е. от броя на нуклоните, включени в тях.

Капка, черупка, кристал

Определете фактора, който е отговорен за стабилността на ядрото, на този моментсе провали. Има много теории за модела, като трите най-известни и развити често си противоречат по различни въпроси. Според първия ядрото е капка от специална ядрена течност. Подобно на водата, тя се характеризира с течливост, повърхностно напрежение, сливане и разпадане. В модела на черупката има и определени енергийни нива в ядрото, които са изпълнени с нуклони. Третият твърди, че ядрото е среда, която е способна да пречупва специални вълни (вълни на Де Бройл), а индексът на пречупване е Въпреки това, нито един модел все още не е в състояние да опише напълно защо, при определена критична маса на този конкретен химически елемент , започва разцепването на ядрото.

Как се случва разпадането?

Радиоактивността, както бе споменато по-горе, е открита във вещества, които могат да бъдат намерени в природата: уран, полоний, радий. Например прясно добитият, чист уран е радиоактивен. Процесът на разделяне в в такъв случайще бъде спонтанен. Без никакво външно влияние определен брой уранови атоми ще излъчват алфа частици, спонтанно трансформиращи се в торий. Има индикатор, наречен полуживот. Показва за какъв период от време начален номерОколо половината от порцията ще остане. Всеки радиоактивен елемент има свой собствен период на полуразпад - от части от секундата за калифорния до стотици хиляди години за урана и цезия. Но има и индуцирана радиоактивност. Ако ядрата на атомите бъдат бомбардирани с протони или алфа частици (хелиеви ядра) с висока кинетична енергия, те могат да се „разцепят“. Механизмът на трансформация, разбира се, е различен от това как се счупва любимата ваза на майка ви. Все пак може да се проследи известна аналогия.

Атомна енергия

Досега не сме отговорили на практическия въпрос: откъде идва енергията по време на ядреното делене? Като начало е необходимо да се обясни, че по време на образуването на ядрото действат специални ядрени сили, които се наричат ​​силно взаимодействие. Тъй като ядрото се състои от много положителни протони, остава въпросът как те се залепват заедно, тъй като електростатичните сили трябва да ги отблъскват един от друг доста силно. Отговорът е едновременно прост и не: ядрото се държи заедно поради много бързия обмен на специални частици между нуклони - пи-мезони. Тази връзка е невероятно краткотрайна. Веднага щом обменът на пи-мезони спре, ядрото се разпада. Също така е известно със сигурност, че масата на ядрото е по-малка от сумата на всички съставляващи го нуклони. Това явление се нарича масов дефект. Всъщност липсващата маса е енергията, която се изразходва за поддържане целостта на ядрото. Веднага щом някаква част се отдели от ядрото на атома, тази енергия се освобождава атомни електроцентралипреобразуван в топлина. Тоест енергията на ядрения делене е ясна демонстрация на известната формула на Айнщайн. Нека си припомним, че формулата гласи: енергията и масата могат да се преобразуват една в друга (E=mc 2).

Теория и практика

Сега ще ви кажем как това чисто теоретично откритие се използва в реалния живот за генериране на гигавати електричество. Първо, трябва да се отбележи, че контролираните реакции използват принудително ядрено делене. Най-често това е уран или полоний, който се бомбардира бързи неутрони. Второ, не може да не се разбере, че ядреното делене е придружено от създаването на нови неутрони. В резултат на това броят на неутроните в реакционната зона може да се увеличи много бързо. Всеки неутрон се сблъсква с нови, все още непокътнати ядра, разделяйки ги, което води до увеличаване на отделянето на топлина. Това е верижна реакция на ядрено делене. Неконтролираното увеличаване на броя на неутроните в реактора може да доведе до експлозия. Точно това се случи през 1986 г АЕЦ Чернобил. Следователно в реакционната зона винаги има вещество, което абсорбира излишните неутрони, предотвратявайки катастрофа. Това е графит под формата на дълги пръчки. Скоростта на ядреното делене може да се забави чрез потапяне на прътите в реакционната зона. Уравнението се съставя специално за всяко активно радиоактивно вещество и частиците, които го бомбардират (електрони, протони, алфа частици). Въпреки това, крайната произведена енергия се изчислява съгласно закона за запазване: E1+E2=E3+E4. Тоест общата енергия на първоначалното ядро ​​и частица (E1 + E2) трябва да бъде равна на енергията на полученото ядро ​​и енергията, освободена в свободна форма (E3 + E4). Уравнението за ядрена реакция също показва какво вещество се получава в резултат на разпадането. Например за уран U=Th+He, U=Pb+Ne, U=Hg+Mg. Тук не са дадени изотопи на химични елементи, но това е важно. Например, има три възможности за делене на уран, които произвеждат различни изотопи на оловото и неона. В почти сто процента от случаите ядреното делене произвежда радиоактивни изотопи. Тоест при разпадането на урана се получава радиоактивен торий. Торият може да се разпадне до протактиний, този до актиний и т.н. И бисмутът, и титанът могат да бъдат радиоактивни в тази серия. Дори водородът, който съдържа два протона в ядрото (нормата е един протон), се нарича по различен начин - деутерий. Водата, образувана с такъв водород, се нарича тежка и запълва първата верига ядрени реактори.

Немирен атом

Изрази като "надпревара във въоръжаването", " студена война", "ядрена заплаха" на съвременния човекможе да изглежда историческо и неуместно. Но едно време всяко съобщение за новини в почти целия свят беше придружено от съобщения за това колко вида ядрени оръжия са изобретени и как да се справят с тях. Хората изградиха подземни бункери и се запасиха с провизии в случай на ядрена зима. За създаването на приюта са работили цели семейства. Дори мирното използване на реакциите на ядрено делене може да доведе до катастрофа. Изглежда, че Чернобил е научил човечеството да бъде внимателен в тази област, но стихиите на планетата се оказаха по-силни: земетресението в Япония повреди много надеждните укрепления на атомната електроцентрала Фукушима. Енергията на ядрената реакция е много по-лесна за използване за унищожаване. Технолозите трябва само да ограничат силата на експлозията, за да не унищожат по невнимание цялата планета. Най-„хуманните“ бомби, ако можете да ги наречете така, не замърсяват околната среда с радиация. По принцип най-често използват неконтролирана верижна реакция. Това, което се стремят да избегнат на всяка цена в атомните електроцентрали, се постига в бомбите по много примитивен начин. За всеки естествено радиоактивен елемент има определена критична маса чисто вещество, при което верижната реакция започва от само себе си. За урана например е само петдесет килограма. Тъй като уранът е много тежък, той е само малка метална топка с диаметър 12-15 сантиметра. Първите атомни бомби, хвърлени над Хирошима и Нагасаки, са направени точно на този принцип: две неравни части чист уран просто се комбинират и генерират ужасяваща експлозия. Модерните оръжия вероятно са по-сложни. Не бива обаче да забравяме за критичната маса: между малки обеми чисто радиоактивно вещество по време на съхранение трябва да има бариери, които не позволяват на частите да се свързват.

Източници на радиация

Всички елементи с атомен ядрен заряд над 82 са радиоактивни. Почти всичко е по-леко химически елементиимат радиоактивни изотопи. Колкото по-тежко е ядрото, толкова по-кратък е животът му. Някои елементи (като калифорний) могат да бъдат получени само по изкуствен път - чрез сблъсък на тежки атоми с по-леки частици, най-често в ускорители. Тъй като те са много нестабилни, земната кораТе не са там: по време на формирането на планетата те много бързо се разпадат на други елементи. Могат да се добиват вещества с по-леки ядра, като уран. Този процес е дълъг; дори много богатите руди съдържат по-малко от един процент уран, подходящ за добив. Третият път може би показва, че нова геоложка ера вече е започнала. Това е извличане на радиоактивни елементи от радиоактивни отпадъци. След като горивото се преработи в електроцентрала, на подводница или на самолетоносач, се получава смес от първоначалния уран и крайното вещество, резултат от деленето. В момента се счита за твърд радиоактивен отпадък и струва гореща тема, как да ги заровим, за да не замърсяват околната среда. Има обаче възможност в близко бъдеще от тези отпадъци да бъдат извлечени готови концентрирани радиоактивни вещества (например полоний).

Ядрено разделение-- процесът на разделяне на атомно ядро ​​на две ядра с подобни маси, наречени фрагменти на делене. В резултат на деленето могат да възникнат и други продукти на реакцията: леки ядра (предимно алфа-частици), неутрони и гама-кванти. Деленето може да бъде спонтанно (спонтанно) и принудено (в резултат на взаимодействие с други частици, предимно с неутрони). Деление на тежки ядра -- екзотермичен процес, в резултат на което се отделя голямо количество енергия под формата на кинетична енергия на реакционни продукти, както и радиация. Ядреното делене служи като източник на енергия в ядрени реактори и ядрени оръжия.

През 1938 г. немските учени О. Ган и Ф. Щрасман откриват, че когато уранът се облъчва с неутрони, се образуват елементи от средата периодичната таблица- барий и лантан, които поставиха основата за практическа употребаядрена енергия.

Деленето на тежките ядра става чрез улавяне на неутрони. В този случай се излъчват нови частици и се освобождава енергията на свързване на ядрото, прехвърлена към фрагментите на делене.

Физиците А. Майтнер и О. Фриш обясняват това явление с факта, че ядрото на урана, което е уловило неутрон, се разделя на две части, т.нар. фрагменти. Има повече от двеста опции за разделяне, например:

  • 235U + 1 n > 139 Xe + 95 Sr + 2 1 n.
  • 92 0 54 38 0

В този случай се отделя 200 MeV енергия на ядро ​​на урановия изотоп 235 U.

По-голямата част от тази енергия идва от фрагментирани ядра, останалата част идва от кинетичната енергия на неутроните на делене и радиационната енергия.

За да се синтезират аналогично заразени протони, е необходимо да се преодолеят кулоновите сили на отблъскване, което е възможно при достатъчно високи скорости на сблъскващи се частици. Необходимите условияза синтеза на хелиеви ядра от протони са налични във вътрешността на звездите. На земята термоядрена реакциясинтезът е извършен по време на експериментални термоядрени експлозии.

Тъй като за тежките ядра съотношението на броя на неутроните и протоните N/Z е ?1,6, а за по-леките ядра - фрагменти е близко до единица, фрагментите в момента на възникването им са претоварени с неутрони, за да преминат към стабилно състояние, те излъчват вторинеутрони. Излъчването на вторични неутрони е важна характеристикареакции на делене на тежки ядра, поради което се наричат ​​още вторични неутрони неутрони на делене. Когато всяко ядро ​​на уран се делене, се излъчват 2-3 неутрона на делене. Вторичните неутрони могат да причинят нови събития на делене, което прави възможно верижна реакция на делене- ядрена реакция, при която частиците, предизвикващи реакцията, се образуват като продукти на тази реакция. Верижна реакцияхарактеризира коефициент на размножаване на неутрони k,равен на съотношението на броя на неутроните на даден етап от реакцията към техния брой на предишния етап. Ако к< 1, цепная реакция не возникает (или прекращается), при k >1 има развиваща се верижна реакция, броят на деленията се увеличава лавинообразно и реакцията може да стане експлозивна. При k=1 възниква самоподдържаща се реакция, при която броят на неутроните остава постоянен. Точно такава верижна реакция протича в ядрените реактори.

Коефициентът на умножение зависи от природата на делящото се вещество, а за даден изотоп - от неговото количество, както и от размера и формата сърцевина- пространството, в което протича верижната реакция. Не всички неутрони, които имат достатъчно енергия за делене на ядрото, участват във верижна реакция - някои от тях се „забиват“ в ядрата на неделящи се примеси, които винаги присъстват в ядрото, а някои напускат ядрото, чиито размери са крайни, преди да бъдат уловени от някое ядро ​​(изтичане на неутрони). Минималните размери на ядрото, при които е възможна верижна реакция, се наричат критични измерения, и се нарича минималната маса на делящи се вещества, разположени в система с критични размери критична маса.И така, в парче чист уран 92 235 U, всеки неутрон, уловен от ядрото, причинява делене с излъчване на средно 2,5 вторични неутрона, но ако масата на такъв уран е по-малка от 9 kg, тогава повечето от неутроните летят без да предизвиква делене, така че да не възниква верижна реакция. Следователно веществата, чиито ядра са способни на делене, се съхраняват под формата на парчета, изолирани едно от друго, по-малко от критична маса. Ако няколко такива парчета се свържат бързо и здраво, така че общата им маса да надвиши критичната маса, ще започне лавинообразно размножаване на неутрони и верижната реакция ще придобие неконтролируем експлозивен характер. На това се основава устройството. атомна бомба.

В допълнение към реакцията на делене на тежките ядра, има и друг начин за освобождаване на вътрешноядрена енергия - реакцията на синтез на леки ядра. Количеството енергия, освободено по време на процеса на синтез, е толкова голямо, че при висока концентрация на взаимодействащи ядра може да е достатъчно, за да предизвика верижна термоядрена реакция. В този процес бързото топлинно движение на ядрата се поддържа от енергията на реакцията, а самата реакция се поддържа от топлинно движение. За да се постигне необходимата кинетична енергия, температурата на реагента трябва да бъде много висока (107 - 108 К). При тази температура веществото е в състояние на гореща, напълно йонизирана плазма, състояща се от атомни ядра и електрони. Съвсем нови възможности се откриват пред човечеството с осъществяването на термоядрената реакция на синтез на леки елементи. Човек може да си представи три начина за осъществяване на тази реакция:

  • 1) бавна термоядрена реакция, която възниква спонтанно в дълбините на Слънцето и други звезди;
  • 2) бърза самоподдържаща се термоядрена реакция с неконтролиран характер, възникваща по време на експлозията на водородна бомба;
  • 3) контролирана термоядрена реакция.

Неконтролирана термоядрена реакция е H-бомба, чиято експлозия възниква в резултат на ядрено взаимодействие:

D + D -> He3 + n; D + D -> T + r; T + D -> He4 + n,

което води до синтеза на изотопа на хелия He3, съдържащ два протона и един неутрон в ядрото, и обикновения хелий He4, съдържащ два протона и два неутрона в ядрото. Тук n е неутрон, а p е протон, D е деутерий и T е тритий.

Фактът, че при деленето на тежки ядра се отделя енергия, пряко следва от зависимостта на специфичната енергия на свързване ε = E St (A,Z)/A върху масовото число A (фиг. 2). При делене на тежко ядро ​​се образуват по-леки ядра, в които нуклоните са по-силно свързани и част от енергията се освобождава при деленето.
По правило ядреното делене се придружава от излъчване на 1–4 неутрона.
Нека изразим енергията на делене Q по отношение на енергиите на свързване на първоначалното и крайното ядро. Записваме енергията на първоначалното ядро, състоящо се от Z протона и N неутрона и имащо маса M(A,Z) и енергия на свързване E st (A,Z), в следната форма:

M(A,Z)c 2 = (Zm p + Nm n)c 2 – E St (A,Z).

Разделянето на ядрото (A,Z) на 2 фрагмента (A 1,Z 1) и (A 2,Z 2) е придружено от образуването на N n = А – А 1 – А 2 бързи неутрони. Ако едно ядро ​​(A,Z) се раздели на фрагменти с маси M 1 (A 1 ,Z 1), M 2 (A 2 ,Z 2) и енергии на свързване E св1 (A 1,Z 1), E св2 (A 2 , Z 2), тогава за енергията на делене имаме израза:

Q div = (M(A,Z) – )c 2 = E sv1 (A 1,Z 1) + E sv (A 2,Z 2) – E sv (A,Z),

освен това

A = A 1 + A 2 + N n, Z = Z 1 + Z 2.

На фиг. Фигура 26 показва формата за търсене на калкулатора „Ядрено делене“ с пример за формиране на предписание за търсене за определяне на енергийния праг и реакционната енергия на спонтанното делене на ядро ​​235 U с образуването на фрагмент 139 Xe и излъчване на един неутрон.

Формирането на поръчката за заявка се извършва, както следва:

  • « Ядрото е целта» – 235 U (избрани стойности: Z = 92, A = 235);
  • « Инцидентна частица" - няма падащи частици - спонтанно делене (в падащото меню избрано " Без летящи частици»);
  • « (Потребител), избираем фрагмент» – ядро ​​на фрагмент, например 95 Sr (избраните стойности са Z = 38, A = 95);
  • « (дефиниран от програмата) фрагмент» – 140 Xe ядро ​​на фрагмент (Z = 92 – 38 = 54,
    A = 235 – 95 = 140);
  • « Моментална частица 1, придружаваща делене» – неутрон (избраните стойности са Z = 0,
    A = 1, " Брой частици" - 1); в същото време се променят показанията на фрагмента, определени от програмата – 139 Xe (Z = 54, A = 140 – 1 = 149).

На фиг. Фигура 27 показва изходната форма на това искане: ясно е, че няма енергиен праг за делене на ядрото 235 U. Ядрото 235 U има режим на разпадане - "неутронна емисия").

Настъпва делене на уранови ядра по следния начин:Първо, неутронът удря ядрото, както куршумът удря ябълка. В случай на ябълка, куршумът ще направи дупка в нея или ще я пръсне на парчета. Когато неутрон навлезе в ядрото, той се улавя от ядрени сили. Известно е, че неутронът е неутрален, така че не се отблъсква от електростатични сили.

Как се случва деленето на ядрото на уран?

Така че, влизайки в ядрото, неутронът нарушава равновесието и ядрото се възбужда. Разтяга се настрани като дъмбел или знак за безкрайност: . Ядрените сили, както е известно, действат на разстояние, пропорционално на размера на частиците. Когато ядрото се разтегне, ефектът от ядрените сили става незначителен за външните частици на „дъмбела“, докато електрическите сили действат много силно на такова разстояние и ядрото просто се разкъсва на две части. В този случай се излъчват още два или три неутрона.

Фрагменти от ядрото и освободените неутрони се разпръскват с голяма скорост в различни посоки. Фрагментите се забавят доста бързо заобикаляща средакинетичната им енергия обаче е огромна. Тя се преобразува във вътрешна енергия на околната среда, която се нагрява. В този случай количеството освободена енергия е огромно. Енергията, получена от пълното делене на един грам уран, е приблизително равна на енергията, получена от изгарянето на 2,5 тона нефт.

Верижна реакция на делене на няколко ядра

Разгледахме деленето на едно ураново ядро. По време на делене се отделят няколко (обикновено два или три) неутрона. Те се разлитат с голяма скорост и могат лесно да проникнат в ядрата на други атоми, предизвиквайки реакция на делене в тях. Това е верижна реакция.

Тоест неутроните, получени в резултат на ядрено делене, възбуждат и принуждават други ядра към делене, които от своя страна сами излъчват неутрони, които продължават да стимулират по-нататъшно делене. И така докато не настъпи делене на всички уранови ядра в непосредствена близост.

В този случай може да възникне верижна реакция лавинообразен, например, в случай на експлозия на атомна бомба. Броят на ядрените деления се увеличава експоненциално за кратък период от време. Може обаче да възникне и верижна реакция със затихване.

Факт е, че не всички неутрони срещат ядра по пътя си, които предизвикват делене. Както си спомняме, вътре в веществото основният обем е зает от празнотата между частиците. Следователно някои неутрони летят през цялата материя, без да се сблъскват с нищо по пътя си. И ако броят на ядрените деления намалява с времето, тогава реакцията постепенно избледнява.

Ядрени реакции и критична маса на урана

Какво определя вида на реакцията?От масата на урана. Колкото по-голяма е масата, толкова повече частици ще срещне летящият неутрон по пътя си и толкова по-голям е шансът да попадне в ядрото. Следователно се разграничава „критична маса“ на урана - това е минималната маса, при която е възможна верижна реакция.

Броят на произведените неутрони ще бъде равен на броя на неутроните, които излитат. И реакцията ще протича с приблизително същата скорост, докато се произведе целият обем на веществото. Това се използва на практика в атомните електроцентрали и се нарича контролирана ядрена реакция.