VI тарау. Ядролық реакциялардың физикасы
Атом ядросының түрленуі әртүрлі себептерден болады. Атом ядросы элементар бөлшектермен немесе бір-бірімен өзара әсерлесуі кезінде болатын өзгерістер (ядроның түрленуі) ядролық реакция деп аталады.
Бөлшектер ядроға өте жақын келу үшін оған ядролық күштер әсер етіп, ядро сферасына енгізген кезде ғана ядролық реакция орындалады. Оң зарядталған бөлшектер ядроларға жақындау үшін, оған өте үлкен кинетикалық энергия қажет болады. Мұндай энергияны бөлшектер мен иондарға үдеткіштер көмегі арқылы беруге болады. Ядролық реакцияларды жүзеге асыру үшін, радиоактивті элементтер шығаратын: протондар, нейтрондар, альфа бөлшектер және ауыр иондарды үдеткіштер көмегімен үдету арқылы үлкен энергия беріледі. Үдеткіш көмегімен альфа бөлшегіне 9Мэв, ал басқа бөлшектерге 10Мэв-ке дейін энергияберуге болады. Сол сияқты ядролық реакцияларға протондар мен нейтрондарды пайдалануға болады. Ядролық реакция арқылы гелий ядросының өзінде, жылдамдатуға болады.
Мысалы:
Атом ядросын шапшаң электронмен атқылағанда одан нейтрон, электрон және сол элементтің басқа ядросы (изотопы) бөлініп шығады.
бұл ядро 4Ве8–орнықсыз, ол екі альфа бөлшегіне бөлінеді.
Нейртондардың зарядтары жоқ, олар атом ядросының ішіне кедергісіз өтіп, олардың түрленуін туғызады. Мысалы:
Бұл шапшаң нейтрондардың әсерінен болады. Егер баяу нейтрондар әсерін қалыптастырсақ, онда нейтрон ядро маңында қозғалыста болып, оларды жанап өтіп бір кезде реакция тудырады. Баяу нейтрондар тез әсерлеседі. Сондықтан нейтрондарды баяулатқан жөн.
-
бұл γ-активті;
-активті.
Қазіргі
кезде көптеген жасанды радиоактивті
заттар, ядролық реакция нәтижесінде
алынды. Радиоактивті зат ыдырау
нәтижесінде басқа зат ядросын түзеді,
ол радиоактивті болуы да, болмауы да
(орнықты) мүмкін. Егер радиоактивті
болсаол тағы ыдырап, одан әрі тізбек
түзеді, яғни радиоактивті әулет түзеді.
Мысал ретінде жасанды химиялық элемент
изотопы нептунийді алуға болады (
).
Атом ядросы түрлену кезінде зарядталған бөлшектер шығарумен қатар, зарядталған бөлшектерді қармап ядролық реакциялар түзеді. Осындай көптеген атомдық ядролар электрондарды, электрондық К-қабаттан қармайтын қабілеті болады, оны
К-қармау деп атаймыз.
Радиоактивті түрлену кезінде атом ядросынан электрон бөлініп шығатын болса, онда түрлену кезінде нейтроннан-протон-электрон-электронды анти нейтрин бөлініп шығады.
электронның
бөліну реакциясы
электронды
қармау
позитрондық
ыдырау.
§6.1 Яролық реакциялардың механизмі
Ядролық реакция кезінде ядроның ішінде күрделі құрылымдық өзгерістер болады. Ядролардың құрылымын бейнелегендегі сияқты ядролық реакциялар туралы есепті дәл шешу мүмкін емес дерлік. Сондықтан, ядроның құрылымын сипаттағанда әртүрлі моделдерді қолданған сияқты, ядролық реакцияларды сипаттау үшін әртүрлі механизмдер қолданылады. Ядролық реакциялардың әртүрлі механизмдерінің бастыларын қарастырайық. Ол үшін олардың жіктелуі қарастырылып, әрқайсысы егжей-тегжей келесі тақырыптарда талданады.
1936 жылы Н. Бор ядролық реакциялардың құрама ядролық механизмін ұсынды. Ол бойынша ядролық реакция екі кезеңнен өтеді. Бірінші кезеңде бөлшек пен нысанааралық ядро құрайды. Екінші кезеңде аралық ядро ыдырайды
Әрине,
бұл механизмді қолдану үшін ядро
нуклондарының өмір сүруі, ядролық
әсерлесуге тән жеткілікті (
уақытқа
қарағанда мәңгі дерлік) болуы керек.
Ядро нуклондары арқылы өтетін реакциялар екі түрі болады: резонанстық және резонанстық емес.
Ядролардың қозған күйлері де (кейбір орнықты емес ядролардың негізгі күйлерінің де) табиғи еніне (Г) тән болады. Ядро деңгейлерінің ара қашықтығы Δ мен деңгей(Г)енінің ара қатынасына байланысты, ядроның спектрі дискретті (Δ>Г) және үздіксіз (Δ<Г) мәнге ие болады. Егер реакция барысында аралық ядро, спектрдің дискреттік мәніне ие болса реакция резонанстық, ал үздіксіз болса резонанстық емес болады.
Егер соқтығысатын бөлшектің ядросымен әсерлесу уақыты, сипаттық ядролық уақыттан көп үлкен болса әсерлесу механизмі мүлдем басқаша болады. Олардың ішіндегі ең оңайы тіке реакциялар. Тіке реакцияларда соқтығысатын бөлшектер бір-екі нуклонмен ғана соқтығысып, басқаларына соқтығыспай өтіп кетеді. Мысалы реакция кезінде протон бір ғана нейтронға соқтығысып, оны ядродан жұлып шығаруы мүмкін.