Реакции деления ядра

В 1938 г. нем. ученые О. Гана и Ф. Штрассман обнаружили, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины периодической системы – лантан и барий. Объяснение этого явления было дано О. Фришем и Лизой Мейтнер. Они высказали предположение, что ядро урана (а также др. тяжелые ядра) под действием нейтронов (и др. частиц) делится на несколько более легких ядер (осколков). Особенностью реакции деления ядер является то, что она сопровождается испусканием двух-трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления. Так как для средних ядер N ≈ Z, а для тяжелых - число нейтронов значительно превышает число протонов, то образовавшиеся осколки перегружены нейтронами, в результате чего они испускают нейтроны деления. Однако это не устраняет их перегрузку нейтронами. Осколки оказываются радиоактивными. Они могут претерпеть ряд - превращений, сопровождаемых испусканием γ -квантов. Так как - распад сопровождается превращением нейтрона в протон, то после цепочки - превращений соотношение между нейтронами и протонами в осколке достигнет величины, соответствующей стабильному элементу. Например, при делении

(14.2)

осколок деления в результате 3-х актов - распада превращается в стабильный изотоп лантана :

.

Осколки деления могут быть разнообразными, поэтому реакция (14.2) не единственная, приводящая к делению .

Большинство нейтронов при делении испускается практически мгновенно (), а часть (около 0,7%) спустя некоторое время после деления (). Первые из них называются мгновенными, а вторые – запаздывающими. В среднем на каждый акт деления приходится 2,5 испущенных нейтрона. Они имеют довольно широкий энергетический спектр от 0 до 7 МэВ, причем на один нейтрон приходится энергия около 2 МэВ.

Удельная энергия связи ядер средней массы примерно на 1 МэВ больше, чем у тяжелых. Поэтому деление ядер должно сопровождаться выделением большого количества энергии. Эта энергия распределяется между осколками, нейтронами деления, а также продуктами последующего распада осколков деления. В основу теории деления атомных ядер положена капельная модель ядра (Н. Бор, Я.И. Френкель). Ядро рассматривается как капля электрически заряженной жидкости, частицы которой при попадании в нее нейтрона приходят в колебательное (с плотностью равной ядерной и подчиняющейся законам квантовой механики) движение, в результате чего ядро разрывается на 2 части.

Вероятность деления ядер определяется энергией нейтронов. Если высокоэнергетичные нейтроны вызывают деление практически всех ядер, то нейтроны в несколько мегаэлектрон-вольт – только тяжелых (А>210). Нейтроны, обладающие энергией активации (минимальной энергией, необходимой для осуществления реакции деления) порядка 1 МэВ, вызывают деление ядер урана , тория , протактиния и плутония . Тепловыми нейтронами делятся ядра , и , (два последних изотопа в природе не встречаются).

Дата добавления: 2014-01-13