113.-СұрақЯдролык реакция.

Ядролық реакция –атомдық ядроның басқа ядролармен немесе элементар бөлшектермен өзара әсерлесуі кезінде атомдық ядролардың басқа ядроларға айналуы. Ядролық реакциясимволдық түрде былай жазылады:

немесе , (28.14)

мұндағы X және Y – бастапқы және соңғы ядроның символы, және – ядролық реакциядағы атқылаушы және шығарылған (пайда болған) бөлшектер. Мысалы,

немесе қысқаша .

Ядролық реакциялар кезінде өзара әсерлесуші атом ядроларының ішкі қасиеттері мен құрамы өзгереді және элементар бөлшектердің алмасуы өтеді.Бірінші ядролық реакцияны 1919 жылы Э.Резерфорд азот ядросын -бөлшектермен атқылау кезінде іске асырды. Осы реакцияның нәтижесінде үлкен энергиялы протон пайда болады.

немесе таңбалытүрде . (28.15)

Ядролық реакциялардың бірінші класы – шығарылатын бөлшектердің түрі бойынша топтарға бөлінеді: мысалы, нейтронды ядролық реакциялар -бөлшектерін, протондарды, дейтрондарды реакциялары), -реакциялары ( -квантын шығарумен байланысты нейтронды радиациялық қармау) шығарумен байланысты пайда болуы мүмкін.

Нейтрондардың, әсіресе, баяу нейтрондар әсерінен пайда болатын ядролық реакциялар басқа барлық ядролық реакциялар ішінде практикада ең көп қолданым тапты. Ең жеңіл ядролардың баяу нейтрондарды қармауы кезінде ылғи да зарядталған протондар мен α-бөлшектер шығады. Мысалы, . Баяу нейтрондарды жеңіл ядролармен қармау кезінде экзотермиялық реакция болады, мысалы

.

Ядролық реакция энергияның бөлінуі бойынша да (экзотермиялық реакция), сонымен бірге сырттан алынған энергияны жұтумен де (термиялық реакция) өтуі мүмкін. Ядролық реакциялардағы бөлінетін және жұтылатын энергия химиялық реакцияның энергиясын мың есе арттырады. Сондықтан, ядролық физикада өзара әсерлесуші ядролардың массаларының өзгерісін байқауға мүмкіндік болады. Эйнштейн заңы (с – вакуумдағы жарық жылдамдығы) масса мен энергия өзгерісінің байланысын береді. Экзотермиялық реакцияның мысалы ретінде литийді протондармен атқылау кезінде пайда болатын реакцияны атауға болады:

.

Берілгенреакцияныңэнергиялық эффектісікелесіөрнекбойыншаесептелінеді:

.

Масса туралы мәліметтерден -ді анықтауға болады. Барлық ядролық реакциялар электр зарядтары мен массалық сандардың сақталу заңдарына сәйкес өтеді: реакцияға қатысатын ядролардың және бөлшектердің (массалық сандардың) электр зарядтарының қосындысы ядролардың және бөлшектердің реакциясы нәтижесінде пайда болатын зарядтардың (массалық сандардың) қосындысына тең болады. Ядролық реакциялар кезінде сонымен бірге энергияның, импульстың және импульс моментінің сақталу заңдары орындалады.

114-сұрақ.Ядронын болину реакциясы.

Ядроның бөліну реакциясы деп нейтрондардың (немесе басқа бөлшектердің) әсерінен ауыр ядро бірнеше жеңіл ядроларға (көп жағдайда бар болғаны екіге) бөлінуін айтады. Пайда болған ядролар сынықтар деп аталады. Ядроның мұндай бөлінуі бөліну нейтрондары деп аталатын екі-үш нейтрондарды шығарумен байланысты өтеді. Бөлінген сынықтар радиоактивті болады. Сынықтардың радиоактивті болу себебін қарастырайық. Уранның нейтрондар санының протондар санына қатынасы . Оларда сынықтардың пайда болу кезінде де сондай қатынас болуы мүмкін. Бірақ, массалық саны 100-140 (бөлінген сынықтар да осы интервал шамасында массалық сандарға ие болады) болатын қалыпты ядролардың қатынасы болады, яғни сынықтар нейтрондардың артық санын құрайды. _қал болатын ядролар радиоактивті болатындығы белгілі. Сондықтан, сынықтар бірқатар -алмасуына кезігуі мүмкін (бұл кезде нейтрондар протондарға ауысады), нәтижесінде сынықтардағы қатынасы қалыпты изотоптардағы сияқты болады. бөліну реакциясын жазайық:

.

115-сұрақ.Болинудин тизбекти реакциясы.

Ауыр атом ядроларының бөлінуі кезінде өте үлкен энергия (шамамен 200 МэВ) бөлінетіндігі және екінші нейтрондар ұшып шығатындығы белгілі. Бір ядроның бөліну кезіндегі нейтрондардың саны (2-3 нейтрондар) бірден үлкен болады. Мұндай жағдай бөлінудің тізбекті реакциясын іске асыруға, яғни практикалық жағдайда ядролық энергияны пайдалануға мүмкіндік берді. Тізбекті ядролық реакцияның идеалды сұлбасы былай болады: ядроның бөлінуі кезінде айталық 2 нейтрон бөлінсін, оның әрқайсысы келесі бір уран ядросына еніп, бұл ядроның да бөлінуін тудырады. Бөлінудің тізбекті реакциясын сипаттау үшін нейтрондардың көбею коэффициенті деп аталатын түсінік енгізіледі. Көбею коэффициенті осы буындағы нейтрондар санының бұдан алдыңғы буындағы нейтрондар санына қатынасына тең. көбею коэффициенті тізбекті реакция дамуының шапшаңдығымен анықталады. Тізбекті реакция дамуы үшін k 1 болуы керек. Нейтрондардың көбею коэффициенті бөлінетін заттың табиғатына, берілген изотоптың мөлшері, активті зонаның мөлшері мен пішініне байланысты. Активті зонаның кризистік өлшемі деп тізбекті реакцияны тудыруға мүмкіншілігі бар активті зонаның минималь өлшемін айтады. Берілген активті зонаны құрайтын, бөлінетін заттың массасын кризистік масса деп атайды. Тізбекті реакцияның жылдамдығын анықтайық. Айталық бөліну кезінен ядролармен бөлетін заттардың екінші ретті нейтрондармен қармалатын кезеңге дейін аралықтағы орташа уақыт аралығы Т болсын (бір буынның орташа өмір сүру уақыты), ал – берілген буындағы нейтрондар саны. Келесі буындағы нейтрондар саны k . Бір буын кезіндегі нейтрондардың өсімі . Тізбекті реакцияның өсу жылдамдығы (уақыт бірлігі ішіндегі нейтрондар санының өсімі)

.

Берілген өрнекті интегралдап мынаны аламыз:

(29.2)

мұндағы – бастапқы уақыт мезетіндегі нейтрондар саны, ал N – t уақыт мезетіндегі бар нейтрондар саны. N-нің мәні (k-1) таңбасымен анықталады. Егер немесе болса, онда уақыт өткен сайын нейтрондар саны өзгермейді, бұл реакция өзін қолдаушы деп аталады. Егер немесе болса, онда нейтрондардың уақыт бойынша бөліну саны кемиді. Реакция өшетін реакция деп аталады.Тізбекті реакция басқарылатын және басқарылмайтын болып бөлінеді. Атом бомбасының жарылуы – басқарылмайтын реакция. Басқарылатын тізбекті реакция ядролық реакторларда іске асады.