§6.3 Протондар әсерiнен орындалатын ядролық реакциялар

Протон оң зарядты бөлшек, оның заряды -бөлшегiнен екi есе кiшi, сондықтан да ядро тарапынан тебу күшi аз. Осыған сәйкес олар ядро iшiнде потенциал тосқауылдан жеңiл өте алады. Сондықтан да протон тарапынан орындалатын ядролық реакция -бөлшегi мен салыстырғанда аз энергия қажет етедi.

Ядролық реакция үшiн жылдам протон қажет болса, онда оның энергиясы бiрнеше мегаэлектронвольттан ондаған мегаэлектронвольт аралығында болу керек, ондай энергияны үдеткiш (кәдiмгi циклотрон) арқылы алуға болады. Барлық ядроларда протон әсерiнен жүретiн ядролық реакциялар, негiзiнен үлкен энергия арқылы орындалады. Осындай реакцияларға мысал келтiрсек:

(6.3.1.)

т.б. реакцияларды қарастыруға болады.

Осылайша протондардың әсерiнен орындалатын реакция нәтижесiнде ₃Li⁶; ₃Li⁷; ₅B¹¹ атом ядролары, -бөлшегiне жiктеледi. Осындай жiктелу кезiнде үлкен мөлшерде энергия бөлiнедi. Мысалы, реакциясы орындалғанда бiр акт жiктелуде 17,25 Мэв энергия бөлiнедi.

Егер жiктелу -нiң 1 грамында орындалса, онда ккал энергия бөлiнедi. ядросымен өте аз мөлшердегi протондар соқтығысқанның өзiнде жiктелу реакциясы орындалады. Сондықтанда байқаларлықтай мөлшердегi ядролық түрлену орындалу үшiн, өте көптеген протондарды үдету қажет. Протонды үдетуге шығындалған энергия, ядролық реакция нәтижесiнде алынатын энергияны арттыруға әкеп соғады. Өте жоғары энергиялы протондар ғана, күрделi ядроларды жеке нуклондарға жiктей алады, оныбақылау нәтижесiнде қалың қабатты фотоэмульсия көмегiмен жұлдызша деп аталатын реакцияларды алуға болады. Протон әсерiнен орындалатын ядролық реакция атом ядросының құрылымын (құрылымын) және қасиеттерiн анықтауда, сонымен қатар ядролық күш өрiсiн зерттеуге мәнi өте үлкен.

Протондар әсерi арқылы реакцияны бiрiншi 1932 жылы жүзеге асырған Кокфорт және Уолтон болатын. Олар осы ядролық реакция үшiн үдеткiштi қолданып протон мен литий ядросының арасындағы реакцияны алды:

Кейбiр жағдайларда атом ядросы протонды жәй қармау нәтижесiнде артық энергиясын қатқыл -квант түрiнде шығарады.

Физика мен техниканың интенсивтi дамуына байланысты, қазiргi кезде үдеткiште үдетуге зарядталған бөлшек протон алынады, ол арқылы бiрнеше мегаэлектронвольттан жүздеген гигаэлектронвольтқа дейiнгi энергиялар алынды. Осы үдетiлген протондар, атом ядросы мен элементар бөлшектердi зерттеу үшiн өте ыңғайлы қуатты құрал болып табылады.

§6.4 Дейтрондар әсерiнен орындалатын ядролық реакциялар

Дейтрон сутегi изотопының ауыр атом ядросы (химиялық символы D) болып табылады. Дейтрон бiр нейтрон және бiр протоннан тұрады, (ол немесе d деп өрнектеледi) және 2 Мэв-ке жақын байланыс энергиясына ие болады. Ол басқа атом ядроларымен соқтығысу нәтижесiнде протон мен нейтронға ыдырайды. Осы алынған бөлшектiң бiрi атқылаған атом ядросымен реакцияланып басқа ядро түзеді. Дейтронда өтетiн реакцияның эффективтiлiгi жоғары болады, әсiресе дейтронның өз заряды өзiн үдетуге мүмкiндiк беретiндiгiн есепке алсақ, онда дейтрондар ыдырағанда бөлiнген нейтрондар бiршама энергияға ие бола алады. Дейтрон әсерiнен орындалатын реакциялардың iшiндегi ең маңыздысына дейтрон мен дейтронның соқтығысу реакциясы жатады. Бұл реакция синтездiк реакцияны жүзеге асыруға, яғни атом ядросындағы ядролық бейбiтшiлiк мiндетi үшiн қолдануға энергетикада пайдалануға негiзделген.

Дейтрон дейтронмен реакцияласқанда алынатын соңғы нәтижелер әртүрлi:

Мэв немесе

Мэв немесе (6.4.1)

Бiрiншi реакция кезiнде бiр актiлiк түрленуде 4,03 Мэв энергия бөлiнедi, ал екiншi реакцияда 3,26 Мэв энергия бөлiнедi. Бiрiншi реакция нәтижесiнде массалық саны үшке тең сутегi изотопын ( -тритий) және кәдiмгi сутегiн, ал екiншi жағдайда массалық саны үшке тең гелийдiң жеңiл изотопын және нейтрон аламыз. Жеңiл сутегi мен тритийде дейтронмен реакцияға түсе алады:

(6.4.2)

Ал гелийдiң жеңiл изотопы да дейтронмен реакцияға түседi:

(6.4.3)

және дейтронмен реакцияласқанда өте үлкен энергия бөлiнедi, яғни 18,4 және 17,6 Мэв. Сондықтанда олар термоядролық реакцияда үлкен рөл атқарады.

Литий және бордың жеңiл ядролары дейтронмен әсерлесуі мынадай түрде орындалады:

Мэв

Мэв

(6.4.4)

(6.4.4) теңдігіндегі бiрiншi екi реакция кезiнде өте үлкен 22,4 және 14,9 Мэв энергия бөлiнедi де, олар бастапқы энергия кезiндегі, яғни синтездiк реакция кезiндегi жеңiл ядродан алатын энергияның мәнiндей болады.

Дейтрондардың әсерiнен болатын ядролық түрленулер барлық элементтерде орындалуы мүмкiн. Дейтрон ауыр ядролармен соқтығысқанда нейтронын сол ядроға бередi, ал протон еркiн қозғалысын жалғастырады. Нәтижесiнде бастапқы ядродан да ауырлау изотопқа айналады.

Дейтрон әсерiнен орындалатын реакция кезiнде жоғары энергия бөлiнiп шығады, ал қармалған нейтронның заряды болмайды.Сондықтан да оған ядро тарапынан тебу күші әсер етпейдi, осы реакцияның ядролық физикада және ядролық энергетикада маңызы зор.