Лекции профессора Б.С. Ишханова (2013 г.) / li_12
.pdf
ДЕЛЕНИЕ ЯДЕРЕР
Деление ядер. История
1934 г. — Э. Ферми, облучая уран тепловыми нейтронами, обнаружил среди продуктов реакции радиоактивные ядра.
1939 г. — О. Ган и Ф. Штрассман обнаружили среди продуктов реакций барий (Z = 56).
Л. Мейтнер и О. Фриш впервые объявили, что под действием нейтронов происходило деление урана на сравнимые по массе осколки.
Н. Бор и Дж. Уилер дали количественную интерпретацию деления ядра, введя параметр деления.
Я. Френкель развил капельную теорию деления ядер медленными нейтронами.
Л. Сцилард, Э. Вигнер, Э. Ферми, Дж. Уилер, Ф.Жолио-Кюри, Я.Зельдович, Ю.Харитон обосновали возможность протекания в уране цепной ядерной реакции деления.
1934 г. – Л. Сцилард выдвинул идею цепной ядерной реакции.
1940 г. — Г. Флеров и К. Петржак открыли явление спонтанного деления ядер U. 1942 г. – Э. Ферми. Первый ядерный реактор.
1946 г. – И. Курчатов. Реактор СССР.
1945 г. – Ядерный взрыв. Хиросима. Нагасаки. 1954 г. – Первая атомная электростанция. Обнинск.
Удельная энергия связи ядрадра
Q f |
238(8.45 7.6) 200 МэВ |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
A |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Z |
2 |
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
W |
A A2 / 3 |
|
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||||
1/ 3 |
|
A |
|
A |
3 / 4 |
||||||
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
||
W / A
Симметричное делениее
Энергия деления Qf определяется изменением поверхностной Eпов и кулоновской Eкул
энергий осколков деления относительно исходного ядра. В случае, когда ядро делится
на два равных осколка, |
A1 A2 |
A / 2 и Z1 |
|
Z2 Z / 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Qf 2W (A / 2, Z / 2) W (A, Z) Eпов (A, Z) Eкул(A, Z) |
Eпов (A / 2, Z / 2) Eкул(A / 2, Z / 2) |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
A 2/3 |
|
Z 2 |
|
|
(Z / 2)2 |
|
|
|
1 3 |
2 |
Z 2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|||||||||||||
A2/3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
A2/3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
1/3 |
|
|
|
|
1/3 |
1/3 |
3 |
4 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
A |
|
(A / 2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,37 |
|
Z |
|
0,26 A2/3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1/3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Деление ядер энергетически выгодно (Qf 0), когда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(0.37 |
|
Z 2 |
|
0.26 A2 / 3 ) 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1/ 3 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.26 |
|
0.26 |
|
17.2 |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
0.37 |
|
|
0.37 |
|
0.72 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Величина Z 2 / A называется параметром деления. Z 2 / A 17 для ядер с A 90.
Деление энергетически выгодно для тяжелых ядер.
Механизм деленияделения
В процессе деления форма ядра изменяется, последовательно проходя несколько стадий — шар эллипсоид гантель два грушевидных осколка два сферических
осколка.
Изменение энергии ядра в процессе деления определяется изменением суммы поверхностной и кулоновской энергий Eпов Eкул начального ядра.
Изменение поверхностной Eпов и кулоновской Eкул энергий исходного сферически симметричного ядра зависит от величины параметра деформации ядра
Eпов Eпов(1 52 2 )
Eкул Eкул(1 15 2 )
Энергия деления Qf. Барьер деления Bf
Qf
Qf
Зависимость поверхностной и кулоновской энергий осколков деления и их суммы от расстояния между центрами осколков для наиболее вероятного варианта деления 236U.
Точка 12 Фм на оси расстояний отвечает сумме радиусов сферических осколков Xe и Sr, т.е. стадии необратимого деления ядра на два осколка.
Энергия деления Qf. Барьер деления Bf
Z 2 17
A
Z 2 17
A
17 Z 2 48
A
Z 2 48
A
Массовое распределение осколковв деленияделения
n 23592 U 23692 U 9538Sr 13954 Xe 2n.
Осколки деления образуются в широком диапазоне A 72–161 и Z 30–65.
Асимметричное деление объясняется оболочечной структурой ядра. Ядро стремится разделиться так, чтобы основная часть нуклонов каждого осколка образовала устойчивые ядра близкие к магическому остову.
Aл |
|
2 |
, |
Zл |
|
2 . |
|
|
3 |
|
|||||
A |
|
Z |
т |
3 |
|||
т |
|
|
|
|
|||
средняя масса группы осколков деления
масса делящегося ядра
Зависимость средних масс легкой и тяжелой групп осколков от массы делящегося ядра.
Спектр нейтронов деленияия
Энергия нейтронов Е, МэВ