2. Поділ важких ядер.

Ядерні реакції особливо легко зумовлюються повільними нейтронами, які за відсутності заряду вільно проникають в атомні ядра та спричиняють їх перетворення.

Наприклад, ядро урану–235 при захопленні нейтрона розщеплюється на два осколки Х₁ і Х₂; утворюються 1-3 нейтрони:

,

виділяється приблизно 200 МеВ енергії при кожному поділу. Така реакція проходить тільки при захопленні ядром повільних (теплових) нейтронів. Тут Х₁ і Х₂ – ядра, уламки поділу тяжкого ядра. При розпаді (діленні) певного елемента можливе утворення будь-якої пари різних осколків з різним числом нейтронів, наприклад:

Xe і Sr ; Zr i Te; Sb і Nb та ін.

Ланцюгові ядерні реакції. За певних умов кожний звільнений у результаті розщеплення важкого ядра нейтрон може бути захоплений ядром і звільнити ще 2 – 3 нейтрони. Якщо процес повторюється, може виникнути самопідтримуюча ядерна реакція.

Коефіцієнт розмноження нейтронів – це відношення числа нейтронів, звільнених при поділу ядра, до числа нейтронів, які спричиняють поділ у даній масі ядерного пального.

Для протікання ланцюгової реакції необхідно, щоб коефіцієнт розмноження нейтронів у даній масі урану був k ≥ 1.

Ланцюгова ядерна реакція та здійснюється в атомних бомбах, де критична маса радіоактивної речовини обумовлює k ≥ 1,01, тобто ядерний вибух.

У реакторах створюються умови для проходження керованої реакції. Керують реакцією введенням у реактор стержнів з бору або кадмію, які поглинають теплові нейтрони. На рис. 6.1.20 представлено принципову схему реактора атомної електростанції.

У паливі ядерних реакторів кількість менша, ніж кількість , який захоплюючи повільний нейтрон, перетворюється в плутоній таким чином:

.

Тут зірочкою відмічено збуджені ядра, які досить швидко розпадаються.

У реакторі – розмножувачі на швидких нейтронах з 1 кг отримують 1,5 кг плутонію.

6.1.3.3. Методи реєстрації іонізуючих випромінювань.

Р еєстрація і спостереження частинок базується на їх взаємодії з речовиною: електризації, люмінесценції, дії на фотоплівку, іонізуючій дії випромінювання при проходженні його через речовину.

Газорозрядний лічильник (лічильник Гейгера - Мюллера) складається з наповненої газом скляної колби, покритої всередині шаром металу (катод), і тонкої металевої нитки, розміщеної вздовж осі трубки (анод). Схематично будову лічильника зображено на рис. 6.1.21. Трубка заповнена аргоном і підключена до джерела струму через резистор. При попаданні в трубку електрони або інші заряджені частинки прискорюються електричним полем, іонізують атоми аргону, що призводить до виникнення електронно-іонної лавини. Таким чином, заряджена частинка іонізує газ і викликає самостійний розряд. Лавина замикає електроди – виникає струм, а на кінцях резистора – напруга. Імпульс напруги з резистора навантаження подається до реєструючого пристрою. Лічильник Гейгера виявляє заряджені частинки і лічить їх за кількістю замикань кола за одиницю часу.

Камера Вільсона – циліндрична просвічувана джерелом світла камера, закрита тонким шаром скла. Камеру промивають для видалення пилинок і слабким електричним полем забирають із камери теплові іони – центри конденсації. Потім камеру заповнюють парою води або суміші спирту з водою, так, щоб ці пари були близькими до насичення. Під час різкого опускання поршня відбувається адіабатичне розширення спирту, його пари охолоджуються нижче точки роси і, оскільки немає центрів конденсації, пари залишаються переохолодженими. Цей стан нестійкий, пара легко конденсується.

Я кщо в цей момент у камеру влітає частинка (наприклад, α - частинка), то вона вибиває електрони із молекул спирту, що зустрічаються на її шляху – утворюється ланцюжок іонів (центри конденсації), на яких конденсується спирт і формується ланцюжок крапель спирту. Світло, яке пропускають через камеру, відбивається цими краплями, і можна бачити і фотографувати цей ланцюжок, названий треком, – слід частинки, що пролетіла. Схематично будову камери зображено на рис. 6.1.22. Якщо помістити камеру в магнітне поле, то можна отримати інформацію про знак заряду частинки, що створила трек. Так, після відкриття радіоактивності такі досліди дозволили встановити природу γ-квантів, α, β та γ– випромінювання.

Бульбашкова камера працює аналогічно камері Вільсона, тільки в ній використовується перегріта рідина. Бульбашкова камера заповнюються легко киплячою рідиною (рідкий водень, фреон та ін.) під високим тиском, тому рідина і не закипає – перегріта. Пролітаючи, частинка залишає в рідині ланцюжок іонів, які є центрами кипіння і зразу ж обкутуються парами рідини – формується трек. Частинка, що реєструється, створює на своєму шляху ланцюжок іонів, на яких виникають бульбашки закипілої рідини.

Метод товстошарових фотоемульсій. Якщо частинка потрапляє в товстошарову фотоемульсію, то вона розщеплює молекули AgBr, утворюючи ланцюжки атомів срібла. Після проявлення плівки ланцюжки видно у збільшувачі як темні лінії, що дозволяє після проявлення судити про енергію частинки за фото – слідом треком, який вона залишає в товстому фоточутливому шарі.

Найпростіший сцинтиляційний лічильник заснований на реєстрації слабких світлових спалахів, які виникають при ударі зарядженої частинки в сірчистий цинк-спінтарископ з фотопомножувачем (підсилювачем потоку фотоелектронів).

Лічильник Черенкова: фотопомножувач, реєструючий свічення заряджених частинок, що рухаються в середовищі (наприклад, у склі) зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в даному середовищі (свічення Вавілова – Черенкова).

Мас-спектрограф – прилад з допомогою якого розділяють заряджені частинки незалежно від їхньої швидкості за величиною q/m за допомогою одночасно прикладених електричного і магнітного полів.