Лекция 15

1. Реакция деления тяжелых ядер

В 1940 году советские ученые Флеров и Петржак обнаружили спонтанное (самопроизвольное) деление ядер урана и тория. Период их полураспада лет. В 1939 году немецкие ученые Штрассман и Ган открыли процесс деления ядер урана при их бомбардировке нейтронами. При этом образуются элементы из середины таблицы Менделеева (латан и барий). Этот процесс положил начало изучения ядерных реакций нового типа – реакций деления тяжелых ядер под действием нейтронов. Замечательной особенностью деления тяжелых ядер является то, что оно сопровождается выделением двух – трех нейтронов, называемых нейтронами деления. Так как у средних атомов отношение числа протонов и числу нейтронов равно единице (), а у тяжелых (), то образующиеся осколки перегружены нейтронами и поэтому выделяются нейтроны деления. Получившиеся осколки оказываются радиоактивными и могут претерпевать ряд позитронных превращений, сопровождаемых-излучением. Таким образом, продолжается процесс превращения осколков деления в ядра более стабильных элементов. Энергия испускаемых нейтронов меняется от 0 до 7 МэВ. Деление ядер сопровождается выделением большого количества энергии, так как удельная энергия связи ядер средней массы 8,7 МэВ, в то время как у тяжелых 7,6 МэВ. Поэтому при делении атома на два осколка должна выделяться энергия 1,1 МэВ на один нуклон. Экспериментально установлено, что при делении ядра уранавыделяется энергия 200 МэВ. Вероятность деления ядер определяется энергией нейтронов. Высокоэнергетические нейтроны вызывают деление практически всех ядер. Нейтроны с меньшей энергией – тяжелых. Ядра уранаи плутонияделятся нейтронами любых энергий, но особенно хорошо медленными (тепловыми) нейтронами (с энергиейэВ).

2. Цепная реакция деления

Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны (2,5 штуки на акт деления) могут вызвать новые акты деления, что делает возможным осуществление цепной реакции. Цепная реакция деления характеризуется коэффициентом размножения нейтронов К, который равен отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении . Необходимым условием развития цепной реакции деления является. При меньшихреакция невозможна. Приреакция идет при постоянном количестве нейтронов (постоянной мощности выделяемой энергии). Это самоподдерживающая реакция. При- затухающая реакция. Коэффициент размножения зависит от природы делящегося вещества, размеров и формы активной зоны. Минимальная масса делящегося вещества, необходимая для осуществления цепной реакции называется критической. Длякритическая масса равна 9 кг, при этом радиус уранового шара равен 4 см.

3. Схема устройства ядерной бомбы

Цепные реакции бывают управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной бомбы является примером неуправляемой реакции. Ядерный заряд такой бомбы два или более кусков почти чистого или. Масса каждого куска меньше критической, поэтому цепная реакция не возникает. Поэтому чтобы произошел взрыв достаточно эти части соединить в один кусок, с массой больше чем критическая. Это нужно сделать очень быстро и соединение кусков должно быть очень плотным. В противном случае ядерный заряд разлетится на части, прежде чем успеет прореагировать. Для соединения используют обычное взрывчатое вещество. Оболочка служит отражателем нейтронов и, кроме того, удерживает ядерный заряд от распыления до тех пор, пока максимальное число ядер не выделит всю энергию при делении. Цепная реакция в атомной бомбе идет на быстрых нейтронах. При взрыве успевает прореагировать только часть нейтронов ядерного заряда. Цепная реакция приводит к выделению колоссальной энергии. Температура, развивающаяся при этом, достигаетградусов. Разрушительная сила бомбы сброшенной на Хиросиму американцами, была эквивалентна взрыву 20000 тонн тринитротолуола. Образцу нового оружия по мощности в сотни раз превосходят первые. Если к этому добавить, что при атомном взрыве возникает огромное количество осколков деления, в том числе и весьма долгоживущих, то станет очевидным, какую ужасную опасность для человечества представляет это оружие.