Нейтронның әсерінен жүретін ядролық реакциялар

Нейтрондар жылдамдығына (энергиясына) байланысты баяу және жылдам болып бөлінеді:

баяу нейтрондар:	жылдам нейтрондар:
ультра суық ( эВ), өте суық ( эВ), суық ( эВ), жылы ( эВ), резонансты ( эВ);	жылдам ( эВ), жоғары энергетикалық ( эВ), релятивистік ( эВ).

Баяулатқыштар (графит, ауыр су , берилий қосылыстары) деп аталатын заттарда, жылдам нейтрондар ядрода шашырайды және оның энергиясы баяулатқыш заттың атомдарының жылулық қозғалыс энергиясына айналады.

Баяу нейтрондардың ядролық реакцияны қоздыру эффектісі жоғары: өйткені олар басқалармен салыстырғанда, атом ядросына жақын маңда ұзақ бола алады да, нейтронды ядроның қармау ықтималдылығы өте жоғары болады.

Баяу нейтрондарға ядродан серпімді шашырау ((п,п) типті реакция) және радиациялық қармау ((п,γ) типті реакция) сипаттамалары тән. (п,γ) Типті реакциядан кейін берілген заттан жаңа изотоп пайда болады:

мысалы, .

Жеңіл ядроларға жылы нейтрондардың әсерінен кейін протондар мен α-бөлшек бөлініп шығатын нейтрондардың қармау реакциясы бақыланады ((п,р) және (п,α) типтік реакциялары):

Негізінде (п,р) және (п,α) типтес реакциялар жылдам нейтрондардың әсерінен жүреді, мұндай жағдайда протон мен α-бөлшектің потенциалдық тосқауылдан өтуге энергиясы жеткілікті болады.

Жылдам нейтрондар үшін серпімсіз шашырау байқалады (п,п^/):

мұндағы, ядродан ұшып шыққан нейтронның энергиясы ұшып келген нейтронның энергиясынан аздау болады да, нейтрон ұшып кеткеннен кейін қалған ядро қозған күйде тұрады, сондықтан оның қалыпты күйге өтуі γ-квантты шығарумен қатар жүреді.

Электрондардың энергиясы 10МэВ-қа жеткен кезде, (п,2п) типтес реакциялар жүруі мүмкін. Мысалы,

реакциясының нәтижесінде мына схема бойынша ыдырайтын β^- – актив изотобы пайда болады,

Ядроның бөліну реакциясы

Нейтронның резонанстық қармауы кезінде қозған ауыр компаунд-ядро, шамамен өзара тең екі бөлікке бөлінуі мүмкін (ауыр ядролардың бөліну реакциясы). Нәтижесінде пайда болған бөліктер бөліну сынықтары деп аталады. Ауыр ядролардың орнықсыздығын ядродағы өте көп нейтрондардың өзара тебілуінен байланыстыруға болады.

Бөліну реакциясына мысал ретінде:

.

Ауыр ядроның екі сыныққа ыдырауы әрбір нуклонға шаққанда 1 МэВ энергияның бөлінуімен қабаттаса жүреді. Орта массалы ядролар үшін меншікті байланыс энергиясы шамамен 8,7 МэВ-қа тең, ал ауыр ядролар үшін 7,6 МэВ. Мысал үшін, 238 нуклоны бар уран ядросы бөлінуі кезінде 200 МэВ-қа тең энергия бөлініп шығады.

Атом ядросының бөліну теориясының негізі болып, ядроның тамшы моделі саналады. Ядро тығыздығы ядронікіндей болатын, электрлік зарядталған сығылмайтын сұйық тамшысы деп қарастырылады. Нейтронның қармауы кезінде зарядталған тамшының орнықтылығы бұзылады да, ядро тебілу және сығылу процесі қайталанып отыратын тербеліске түседі.

Ядроның ыдырау ықтималдылығы активтендіру энергиясымен анықталады – бұл энергия ядроның бөлінуі үшін қажетті ең аз энергияға тең. Бөлінудің активтен-діру энергиясынан аз энергиямен қозған ядро-тамшы деформа-циясы кризистік мәніне жете алмайды (б), ядро бөлінбейді тек γ-квант шығарып негізгі энергетикалық күйіне қайтып оралады.

Бөлінудің активтендіру энергиясынан үлкен қоздыру энергиясы негізінде, тамшы деформациясы кризистік шамасына (в) жетеді де, тамшының «созылуы» (г) және бөлінуі (д) жүреді.

Егер шарты орындалса, онда ауыр ядролар бөлінуге қабілетті, мұндағы – бөліну параметрі. Бұл шарт болатын, күмістен бастап, барлық ядролар үшін орындалады.

Бөлінудің кризистік параметрі деп параметрін айтады. Параметрі кризистік параметрден үлкен ядролар бөлінуі, орнықсыз болады. Мұндай ядролар 10^-23-10^-24с уақыт аралығында лезде бөлінуге ұшырар еді.

болса, онда ядроның өзінен-өзі (спонтанды) бөлінуі жүреді, бұл туннельдік эффекті есебінен жүретін α-ыдырауға ұқсас. Бірақ, ядроның спонтанды бөлінуі үшін жартылай ыдырау периоды 10¹⁶-10¹⁷ жылды құрайды.

Бөліну сынықтары өзінің қалыптасу мезетінде артық нейтрондарға ие болады, орта ядро үшін протондар саны шамамен нейтрондар санына тең болуы тиіс , ал ауыр ядрода нейтрондар саны протондар санына қарағанда әлдеқайда көп болады . Сынықтар шығаратын артық электрондар бөліну нейтрондары деп аталады. Орта есеппен бөлінудің әрбір актысына 2,5 шығарылушы нейтрон сәйкес келеді. Олардың көпшілігі лезде шығарылатын – лездік нейтрондар, ал біраз бөлігі бөлінуден кейін біршама уақыттан кейін шығарылатын (0,05 сек≤ t ≤60 сек) кешігуші нейтрондар деп аталады. Кешігуші нейтрондардың саны аз, бірақ ядролық реакциялардың жүруінде үлкен роль атқарады. Кешігуші нейтрондардың пайда болу себебі сынықшалардың радиоактивті болуынан.