При делении одного ядра урана выделяется энергия, равная 200 МэВ. Определите суточный расход ядерного топлива, если электрическая мощность одного блока атомной электростанции 60 МВт, а КПД равен 40%.

Для решения задачи о суточном расходе ядерного топлива на атомной электростанции, нужно учитывать несколько ключевых физических понятий и этапов расчётов.

1. Энергия, выделяемая при делении одного ядра урана: При делении одного ядра урана выделяется энергия, равная 200 МэВ (мегаэлектронвольт). Мегаэлектронвольт — это единица энергии, часто используемая в ядерной физике. Чтобы перейти к более привычной системе единиц в физике, нужно перевести эту энергию в джоули:
2. 1 электронвольт (эВ) = $1,6 \cdot 10^{-19}$ Дж

3. 1 МэВ = $10^6$ эВ = $1,6 \cdot 10^{-13}$ Дж
   Таким образом, энергия, выделяемая при делении одного ядра урана, составляет:
   $ E_{\text{ядра}} = 200 \cdot 1,6 \cdot 10^{-13} $ Дж.

4. Энергия, необходимая для работы блока атомной электростанции:
   Электрическая мощность блока атомной электростанции составляет 60 МВт (мегаватт). Мощность — это количество энергии, вырабатываемой или расходуемой в единицу времени:

5. 1 МВт = $10^6$ Вт = $10^6$ Дж/с.
   Таким образом, мощность в 60 МВт означает, что за одну секунду блок вырабатывает энергию:
   $ P_{\text{эл}} = 60 \cdot 10^6 $ Дж/с.

Для расчёта энергии, вырабатываемой за сутки (24 часа), необходимо учитывать количество секунд в сутках:
$ t_{\text{сутки}} = 24 \cdot 60 \cdot 60 = 86400 $ секунд.
Энергия, необходимая для работы блока за сутки:
$ E_{\text{сутки}} = P_{\text{эл}} \cdot t_{\text{сутки}} $.

1. Учет КПД атомной электростанции:
   Коэффициент полезного действия (КПД) показывает, какая часть затраченной энергии превращается в полезную (электрическую) энергию. В данной задаче КПД равен 40%, или $ \eta = 0,4 $. Это значит, что только 40% от полной энергии, выделяемой при делении урана, превращается в электрическую энергию. Поэтому полная энергия, выделяемая при делении ядер, должна быть больше вырабатываемой электрической энергии:
   $ E_{\text{полная}} = \frac{E_{\text{сутки}}}{\eta} $.

2. Количество ядер, необходимое для выработки полной энергии:
   Энергия, выделяемая при делении одного ядра, известна ($ E_{\text{ядра}} $). Чтобы найти количество ядер, необходимых для обеспечения полной энергии, нужно разделить полную энергию на энергию, выделяемую при делении одного ядра:
   $ N_{\text{ядер}} = \frac{E_{\text{полная}}}{E_{\text{ядра}}} $.

3. Масса ядерного топлива:
   Ядерное топливо состоит из атомов урана−235, в каждом атоме которого есть одно ядро. Масса одного атома урана−235 известна и равна примерно $ m_{\text{атом}} = 235 \cdot 1,66 \cdot 10^{-27} $ кг (где 1,66 \cdot $10^{-27}$ кг — это атомная единица массы). Масса одного ядра практически равна массе одного атома, поскольку масса электронов крайне мала в сравнении с массой ядра.

Чтобы найти полную массу ядерного топлива, необходимую для производства заданной энергии за сутки, нужно умножить количество ядер на массу одного ядра:
$ m_{\text{топливо}} = N_{\text{ядер}} \cdot m_{\text{атом}} $.

1. Итоговая формула: Итоговая масса ядерного топлива за сутки будет вычисляться через последовательные шаги:
2. Вычислить энергию, необходимую для работы блока за сутки ($ E_{\text{сутки}} $).
3. Учесть КПД станции и найти полную энергию ($ E_{\text{полная}} $).
4. Рассчитать количество ядер, необходимых для выделения этой энергии ($ N_{\text{ядер}} $).
5. Перевести количество ядер в массу топлива ($ m_{\text{топливо}} $).

Формулы:
1. $ E_{\text{сутки}} = P_{\text{эл}} \cdot t_{\text{сутки}} $
2. $ E_{\text{полная}} = \frac{E_{\text{сутки}}}{\eta} $
3. $ N_{\text{ядер}} = \frac{E_{\text{полная}}}{E_{\text{ядра}}} $
4. $ m_{\text{топливо}} = N_{\text{ядер}} \cdot m_{\text{атом}} $

После подстановки численных значений и выполнения расчетов можно будет найти суточный расход ядерного топлива.