Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
26
Добавлен:
18.04.2015
Размер:
1.68 Mб
Скачать

ДЕЛЕНИЕЯДЕР

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.

Л. Мейтнер и О. Фриш впервые объявили, что под действием нейтронов происходило деление урана.

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.

Сцилард в 1934 г. Выдвинул идею цепной ядерной реакции.

1940 г. — Г. Флеров и К. Петржак открыли явление спонтанного деления ядер 235U.

Делениеатомныхядер

Делением атомных ядер называют их распад на два осколка сравнимой массы. Деление может быть самопроизвольным (спонтанным) или вынужденным (вызванным взаимодействием с налетающей частицей). Деление энергетически выгодно для тяжёлых ядер. Как правило, периоды полураспада по каналу спонтанного деления намного превышают периоды полураспада по каналу α-распада. Так, например, в случае изотопа

238 U период полураспада по каналу спонтанного деления составляет ~ 5,9 1015 лет. Т.е. за 1 час в 1 г

изотопа 238 U происходит ~ 35 распадов. Лишь в

случае самых тяжелых ядер периоды полураспада по каналам спонтанного деления могут превосходить соответствующие периоды полураспада с испусканием α-частиц.

Делениеатомныхядер

 

 

 

 

 

 

Период

 

 

 

 

 

Период

 

 

полураспада

 

 

Ядро

 

полураспада

 

по каналу

 

 

 

по каналу

 

 

спонтанного

 

 

 

 

α-распада

 

 

деления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23290Th

1,3 1018 лет

 

 

 

 

1,41 1010 лет

 

 

 

 

 

 

23592 U

1,9 1017 лет

 

 

 

7,1 108 лет

 

 

 

 

 

 

23892 U

5,9 1015 лет

 

 

 

 

4,5 109 лет

 

 

 

 

 

 

23894 Pu

4,9 1010 лет

 

 

 

89,6 лет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23994 Pu

5,5 1015 лет

 

 

 

24,3 103 лет

 

 

 

 

 

 

24094 Pu

1,3 1011 лет

 

 

 

6,6 103 лет

 

 

 

 

 

 

24294 Pu

 

 

 

 

7 1010 лет

 

3,5 105 лет

 

 

 

 

 

 

24195 Am

2,3 1014 лет

 

 

 

 

432,6 лет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае самых тяжелых ядер периоды их полураспада по каналу спонтанного деления намного превышают соответствующие периоды полураспада с испусканием α-частиц.

Спонтанноеделениеядер

Периоды полураспада спонтанно делящихся изотопов Z=92…100

Деление ядер

Нобелевская премия по химии

1944 г. — О. Ган.

За открытие реакции деления ядер урана нейтронами.

Механизмделения

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 ε

Eпов = Eпов(1+ 52 ε2 )

Eкул = Eкул(115 ε2 )

Механизмделения

В случае эллипсоидальной деформации исходного сферически симметричного ядра радиуса R происходит изменение поверхностной Eпов и кулоновской Eкул энергий исходного ядра. Исходя из условия несжимаемости ядерной материи и условия, что объем ядра не изменяется в результате малых деформаций ε , оси ядерного

эллипсоида удовлетворяют соотношениям:

большая ось

a = R(1+ε) ,

малая ось

 

 

 

b =

 

R

 

 

 

 

 

1+ε

 

 

 

 

V

эллипсоид

= 4 πab2

= 4 π R3 =V

 

3

 

3

 

сфера

 

 

 

 

 

Поверхностная Eпов и кулоновская Eкул энергии в

случае малых деформаций

2 ε2 )

 

Eпов

= Eпов

(1+

 

 

 

 

 

 

5

 

Eкул

= Eкул

(1

1 ε2 )

 

 

 

 

 

 

5

Энергия

деления

Энергия деления

При делении тяжёлых ядер выделяется энергия, что следует из зависимости удельной энергии связи ε = W(A, Z)/А от массового числа A. При делении тяжёлого ядра образуются более лёгкие ядра, в которых нуклоны связаны

сильнее,

поэтому

часть

энергии

высвобождается.

При

этом

энерговыделение составляет

величину

1 МэВ на один нуклон делящегося ядра,

что на много порядков превосходит энерговыделение всех других освоенных источников энергии. Если разделить ядро с A = 240 (ε 7.6 МэВ) на два осколка равной массы А1 = А2 = 120 (ε1 8.5 МэВ),

то освободится энергия

Qf = А(ε1 ε) =

= 240 (8.5 – 7.6) МэВ 220 МэВ.