<<
>>

4.6. Реакция деления ядра

Каждый из трёх рассмотренных типов распада ядер сопровождается выделением энергии, величина которой может быть оценена на основе самых общих соображений квантовой механики, приведённых в главе 4.1.

Эта энергия в миллион раз больше той, которой мы пользуемся, сжигая топливо, то есть энергии химических реакций, связанных с перестройкой электронных оболочек. Отсюда вполне понятен интерес к проблеме использования энергии, заключенной в ядре атома. Но рассмотренные реакции не дают возможности применить выделяющуюся энергию: однократная реакция не может служить источником энергии. Так же, как и при горении, однократная реакция должна приводить к появлению аналогичных реакций в соседних ядрах, т.е. реакция должна распространяться, или, иначе, должна быть цепной реакцией.

Возможность осуществления её появилась в 1938 году с открытием ещё одного типа реакций — реакции деления ядер. Впервые её наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри и сербский физик Савич. Эта реакция принципиально отличается от рассмотренных ранее реакций распада. В результате последних получается элемент, отстоящий от исходного на одну или две клеточки периодической системы. При реакции деления ядро раскалывается всегда на две неравные части. В результате получаются два новых ядра, порядковые номера которых находятся в середине периодической системы Менделеева. Реакцию наблюдали и немецкие учёные Ган и Штрассман. Убедившись в её существовании, выделив из урана элементы середины периодической системы, они написали: «Как химики мы свидетельствуем, что такая реакция существует. Как физики мы отказываемся в неё верить». Последняя фраза подчёркивает принципиальное отличие этой реакции от реакций бета и альфа активности.

Реакция деления вызывается ударом нейтрона в ядро урана-235 (рис. 4.6). Наиболее распространённый изотоп урана U238 к реакции деления практически не способен.

Каждый акт деления индивидуален в том смысле, что продукты деления имеют произвольные порядковые номера. Естественно, закон сохранения заряда должен при этом быть выполнен: если один из образовавшихся элементов 35Br, то второй будет иметь порядковый номер Z = (92 – 35) = 57, то есть это будет лантан:
92U235 + 0n1 = 35Br87 + 57La143 + 60n1. (4.15)

Образовавшиеся изотопы брома и лантана сильно отличаются своими массовыми числами от тех, что приведены в таблице Менделеева. Это естественно, т. к. ядро урана содержит существенно большее число нейтронов, чем нужно для образования ядер с указанными порядковыми номерами (см. рис. 4.1).

В силу перегруженности нейтронами новые ядра всегда β-активны, и лишь претерпев целую цепочку распадов, они превращаются в стабильные элементы. Для этого каждому изотопу требуется различное время (см. рис. 4.6), измеряемое иногда миллионами лет. В течение всех этих лет продукты деления излучают.

Внимательно рассматривая график зависимости удельной энергии связи от числа нуклонов (см. рис. 4.2), нетрудно убедиться, что деление ядра урана приведёт к освобождению энергии связи порядка 1 MэВ в расчете на каждый нуклон. Поскольку в ядре урана их 235, то один акт деления связан с выделением приблизительно 200 MэВ энергии, что в миллион раз больше энергии, выделяемой атомом при перестройке его электронной структуры.

В приведённом нами примере (4.15) реакция сопровождалась выделением шести свободных нейтронов. Это несколько больше среднего количества высвобождающихся нейтронов. Появление свободных нейтронов даёт основания для осуществления цепной реакции: попадая в соседние ядра урана-235, нейтроны вызовут их деление. Число вовлечённых в реакцию ядер будет расти. Причина появления нескольких свободных нейтронов в каждом акте деления рассматривалась выше, она кроется в большом перевесе нейтронов над протонами в исходном ядре (см. рис. 4.1).

Рассмотренная выше реакция деления не является единственно возможной. В процессе раскола урана могут образовываться ядра с порядковыми номерами от 20 до 60. Вероятность образования более лёгких ядер очень мала, их практически не наблюдали.

<< | >>
Источник: Н.М. Соколова, В.И. Биглер. ФИЗИКА. Курс лекций. Часть 3. Челябинск. Издательство ЮурГУ. 2002

Еще по теме 4.6. Реакция деления ядра:

  1. 2.2 Фильтрация изображения
  2. ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕХАНИКИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ НА ГРУНТОВОМ ОСНОВАНИИ
  3. Тема 16. Производство по делам об административных правонарушениях
  4. 3.1. Формирование стратегии развития системы персональных финансов
  5. ГЛОССАРИЙ
  6. Анализ содержания учебного материала школьных учебников с позиции их ориентации на достижение личностных результатов обучения
  7. Введение
  8. Глава I. ОПТИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ В КРИСТАЛЛАХ.
  9. 2. Права и обязанности сторон по договору купли-продажи.
  10. ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ И СТРУКТУРЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ЛИЧНОСТИ СУБЪЕКТА ТРУДА (МЕНЕДЖЕРА КОММЕРЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ)
  11. 34. Наем жилого помещения на коммерческой основе: юридическая характеристика, элементы, срок, отличие от договора социального найма.
  12. Приложение 17.
  13. Антонов Ярослав Валерьевич. Электронное голосование в системе электронной демократии: конституционно-правовое исследование. Диссертация на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва - 2015, 2015
  14. Рентгенофазовый анализ
  15. З.ИСЛАМОВ. ОБЩЕСТВО. ГОСУДАРСТВО. ПРАВО. (Вопросы теории) Ташкент, «Адолат» - 2001, 2001
  16. Фигуры, промежуточные между кругом и правильными многоугольниками
  17. Графическое представление решений для пластинок в виде треугольников
  18. ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА ПЛИТ