8.4. Ядерные реакции деления

Делением ядер называется процесс распада ядра на несколько частей. Образующиеся при делении части называются «осколками». В 1938 г. немецкие ученые Ган и Штрассман обнаружили, что при облучении урана нейтронами образуются Ba и La, то есть элементы из середины периодической таблицы Менделеева. 1930 г. Боте и Беккер – получили нейтроны, но посчитали их - лучами. в 1932 г. Д. Чэдвик показал, что это не-излучение, а поток тяжелых нейтральных частиц, которые он назвал нейтронами. Пример реакции для получения нейтронов:

_.

Деление ядер урана может происходить различными путями, но наиболее вероятным является деление ядра на осколки, массы которых относятся как 2:3. Деление ядер сопровождается выделением большого количества энергии, т.к. энергия связи ядер средней массы больше энергии связи тяжелых ядер. При делении ядер освобождаются несколько нейтронов, что позволяет реакции деления ядер продолжаться самостоятельно (цепная реакция). В большинстве случаев осколки являются радиоактивными и претерпевают ряд β - превращений, сопровождающихся γ - излучением.

Медленными (тепловыми) нейтронами делятся ядра

,

медленный нейтрон

вторичные нейтроны

Ядра делятся только быстрыми нейтронами (с энергией не менее 1 МэВ).

В природном уране цепная реакция не возникает, т.к. доля содержания в нем очень мала (0,72%), а основную массу составляет(99,27%) и возникающие во время деления ядернейтроны просто поглощаются ядрамибез деления ядер. Если же взять кусок чистого, то цепная реакция возможна лишь для некоторой определенной массы, называемойкритической массой, при достижении которой начинается лавинообразное размножение нейтронов. Это дало возможность сделать атомную бомбу (неуправляемая ядерная реакция). Критическая масса в атомной бомбе разделена на две части. В нужный момент времени пороховым взрывом обе части объединяются в критическую массу, начинается самопроизвольная неуправляемая цепная реакция деления и происходит ядерный взрыв с выделением огромной энергии. Осуществление управляемой ядерной реакции привело к созданиюядерных реакторов, в которых скорость ядерной реакции контролируется.

Ядерное горючее – природный обогащенный уран . Для снижения скорости нейтронов, что предотвращает их захват, осуществляется замедление нейтронов графитом, бериллием или дейтерием (ядро тяжелого водорода). Схема урано-графитового реактора дана на рис. 41.

Рис. 41. Схема урано-графитового реактора

1 - графит – замедлитель нейтронов

2 - блоки из урана (твелы) – ядерное горючее

3 - стержни из кадмия или бора (хорошо поглощают нейтроны) – управление ядерной реакцией.

8.5. Ядерные реакции синтеза

Реакции синтеза - образование из легких ядер (за счет их слияния) более тяжелых ядер. Так как для слияния ядер нужны очень высокие температуры (порядка 10⁷К), этот процесс называется термоядерной реакцией. У самого легкого элемента - водорода есть три изотопа: протий - , дейтерий - ("тяжелый водород, образует «тяжелую воду»), тритий -(радиоактивен). Особенно благоприятны условия для синтеза дейтерия и трития, именно они образуют зарядводородной бомбы.

(Q_выд= 17,6 МэВ)

Сверхвысокие температуры Т~10⁷ К нужны для сближения нуклонов, чтобы они объединились в ядро. При взрыве водородной бомбы это осуществляется с помощью предварительного взрыва атомной бомбы. Количество дейтерия в 1 стакане воды по энергии эквивалентно 60 литрам бензина.

Первая искусственная термоядерная реакция (взрыв водородной бомбы) была осуществлена в СССР (1953 г.) – позднее в США.

Термоядерные реакции, предположительно, являются источником энергии Солнца и звезд.