§ 115. Ядерні реакції

Вище розглядалися ядерні реакції — штучні перетво­рення атомних ядер, викликані їх взаємодією з частин­ками або одне з одним. Розглянемо більш детально зако­номірності ядерних реакцій.

Під час ядерних реакцій обов'язково виконуються різні закони збереження:

1) закон збереження електричного заряду: сумарний електричний заряд ядер і частинок до реакції дорівнює сумарному електричному заряду всіх продуктів ядерної реакції;

2. закон збереження числа нуклонів (в реакція:; без античастинок, про які мова йтнме нижче). У процесі ядер­ них реакцій нуклони не знищуються й не виникають з ні­ чого, відбувається лише їх перерозподіл (захоплення ядром, виліт з ядра, перехід до іншого ядра тощо). Тому сумарна кількість усіх нуклонів під час ядерної реакції не змінюється;

3. закон збереження й перетворення енергії: повна енергія частинок, які вступають у реакцію, дорівнює пов­ ній енергії частинок, що виникають після реакції;

4. закон збереження імпульсу: сума імпульсів ядер і частинок до ядерної реакції дорівнює сумі імпульсів усіх частинок, що виникли після реакції;

а якщо реакція супроводжується ще й випромінюванням фотонів, то

б) закон збереження маси: маса частинок, які всту­пили в реакцію, повпш-іа дорівнювати масі одержаних частинок речовини і фотонів випрсмінювамня. Мо:«е ви­никнути сумнів у справедливості цього закону для ядер­них реакцій, оскільки в ядерних реакціях має місце дефект мас. Як же в цьому випадку можна говорити про непохит.чу різність мас? Справа в тому, що в законі збе-режекнд мас мова йде не про маси спокою (маси нерухо­мих частинок, а саме вени приводяться в довідниках для ядер і ядерних частинок), а про маси рухомих частинок. Рухомі частинки, маючи певну кінетичну енергію, мають, згідно з теорією відносності, і додаткову масу. Тому закон збереження мас повинен записуватися:

Користуючись цими законами, можна легко визначити характер ядерних реакцій, які відбуваються.

Залежно від виду частинок, якими бомбардується ядро хімічного елемента, від енергії цих частинок, а також від виду бомбардованих ядер можуть відбуватися різні ядер­ні реакції. Розрізняють такі типи ядерних реакцій:

1. Збуджене в результаті бомбардування ядро повер­ тається в нормальний стан і при цьому випускає один або кілька гамма-квантів. При цій реакції ядро даного хіміч­ ного елемента не перетворюється в ядро іншого елемента.

2. Реакція захоплення. Ядро поглинає бомбардуючу частинку і перетворюється в нове, масивніше ядро. При-

кладом може бути реакція при якій

протон поглинається ядром бора і виникає ядро вуглецю. Звичайно при реакціях такого типу нове ядро буде в збудженому стані і, випромінивши один чи кілька гамма-квантів, переходить у нормальний (незбуджений) стан. 3. Поглинання .ядром бомбардуючої частинки і випус­кання ядром однієї або кількох частинок (протонів, дей­тронів, альфа-частинок, нейтронів). Прикладом такої реакції може бути:

при якій дейтрон поглинається ядром берилію, а ядро, що утворилося, випромінює нейтрон і перетворюється в ядро атома бору (мал. 229).

Прикладом реакції, при якій поглинається протон, а випромінюється альфа-частинка, може бути реакція перетворення фтору в кисень:

Якщо енергія бомбардуючої частинки велика, то ядро, що утворилося, може випустити кілька частинок. Напри­клад, при бомбардуванні дейтронами з енергією 60 МеВ лантану утворюється ядро, яке може випустити б нейтро­нів і перетворитися в ядро цезію:

4. При бомбардуванні ядер частинками великих енер- І гій може спостерігатися розщеплення ядра на кілька < частин. Так, наприклад, при бомбардуванні протонами \

досить великої енергії ядра атома бору останнє може розпастися на три альфа-частинки. Ця реакція відбу­вається в два етапи. Протон захоплюється ядром бору і виникає сильно збуджене, нестабільне ядро. Випускаючи альфа-частинку, це ядро перетворюється в ядро берилію:

Ядро ₄Ве⁸ такожсильно збуджене і розпадається на дві альфа-частинки:

Ці два етапи реакціїсхематично показані на малюнку 230. Під час влучання частинки високої енергії в ядра масивних атомів останні можуть розпастися на велику кількість частинок.

7 1. Які закони збереження виконуються у процесі ядерних реакцій? Як формулюється закон збереження числа нуклонів? 2. Які типи ядер­них реакцій ви знаєте? 3. Запишіть ядерну реакцію для випадку, коли ядро атома алюмінію під час бомбардування захоплює нейтрон і випускав альфа-частинку. 4. Запишіть ядерну реакцію зіткнення альфа-частинки з ядром ізотопу літію, якщо в результаті вилітав нейтрон.