20.10. Ядерні реакції

1. Загальні уявлення. Під час взаємодії ядра з частинкою відбувається ядерна реакція, результатом якої може бути новоутворене ядро і нова частинка. Записується рівняння реакції у вигляді

,

або

Y(a,b)X,

де - материнське ядро, - дочірнє ядро ,a та b - легкі частинки в якості яких можуть бути -частинка, протон - р, нейтрон-n, дейтрон-d, -фотон. При ядерних реакціях виконуються закони збереження заряду, масових чисел, енергії, імпульсу та моменту імпульса. Ядерні реакції можуть бути екзотермічними (виділяють енергію) та ендотермічними (проходять із поглинанням енергії). Наприклад, доекзотермічних відносяться такі реакції

,

,

а доендотермічнихтакі

^.

Для характеристики ядерних реакцій вводиться ядерний час

- час необхідний нуклону (p, n) з енергією 1 МеВ () для прольоту відстані, що дорівнює діаметру ядра (). Якщо частинки а ,b тотожні, то реакція є розсіюванням, яке може бути пружним () або непружним ().

Ядерні реакції класифікуються за такими ознаками:

• за родом частинок,

• за родом ядер (легкі, важкі),

• за енергією частинок,

• характером ядерних перетворень.

Н.Бор установив, що ядерні реакції, які викликають не дуже швидкі частинки, відбуваються шляхом утворення проміжного ядра F, коли ядро Y захоплює частинки

Y+a  F.

Таке ядро називається складовим або компаунд-ядром. На цей факт указує дуже великий час

його життя в порівнянні з ядерним часом . Розпад ядраF відбувається різними шляхами і не залежить від способу своєї появи. Слід відзначити, що першою в історії ядерною реакцією була реакція здійснена Е.Резерфордом

^.

20.11. Реакції поділу урану та ядерна енергетика

При опроміненні ядра урану нейтронами відбувається його поділ з утворенням елементів (уламків) із середини періодичної таблиці Менделєєва та в середньому 2,5 нейтронів поділу. Кожний з поділів може відбуватися по різному. Досліджено, що при поділах утворюється близько 80 різних уламків, процентний склад яких Y, в залежності від масового числа, представлено на

малюнку. Одначе, при реакціях поділу повільними (тепловими з Е0,03еВ) нейтронами найбільш імовірним є утворення осколків з відношенням мас 2:3 (до 10%) (див.). Маса утворених осколків із середини періодичної таблиці Менделєєва менша маси вихідного ядра урану приблизно на 200 МеВ, тобто при поділі вивільнюється саме така енергія. При поділі ядра спостерігається випромінювання уламками миттєвих та загаяних (час запізнення0,560 с) нейтронів. Слід відзначити, що ядра та добре діляться будь-якими нейтронами, але особливо ефективно повільними. Ядра діляться тільки швидкими нейтронами (енергія  1 МеВ), а повільні нейтрони захоплюються ядром з утворенням і вивільненням енергії збудження через-випромінювання. нестабільний і через-розпад перетворюється в нептуній .

Практичне використання реакції поділу урану виникло після створення умов для виникнення ланцюгової реакції - такої, що сама розвивається, множачи число нейтронів у поколіннях реакції з геометричною прогресією. Такі умови настають після збагачення урану його компонентою ²³⁵U₉₂. Природний уран містить