2. Під час бомбардування ізотопу азоту нейтронами одер­ жується бета-радіоактивний ізотоп вуглецю Записати рівняння обох реакцій.

3. Коли нейтрон захоплюється ядром магнію, утворюється радіоактивний ізотоп ,iNa²\ Які частинки випускаються під час цієї ядерної реакції?

§ 116. Енергетичний вихід ядерних реакцій

Записуючи закон збереження і перетворення енергії, необхідно враховувати як кінетичні енергії усіх частинок, так і енергії, зв'язані з масою ядер і ядерних частинок:

У процесі ядерних реакцій, як і хімічних, може виді­лятися і поглинатися енергія. Енергетичний вихід ядер­них реакцій можна розрахувати на основі закону збере­ження й перетворення енергії. Для прикладу розглянемо реакцію:

У цьому рівнянніозначають кінетичні енергії

протона і ядра атома гелію (альфа-частинки) відповідно. Оскільки внаслідок цієї реакції утворюються дві частинки однакової маси, то їх кінетичні енергії мають бути одна­ковими.

У результаті реакції виділяється енергія

Оскільки»

а

Реакції можуть відбуватися і з поглинанням енергії. Наприклад, реакція

йде з поглинанням 1,16 МеВ енергії.

Визначити, які реакції йдуть з виділенням енергії, а які з її поглинанням, можна на основі графіка залежності питомої енергії зв'язку г від масового числа А ядра (див. мал. 216). Питома енергія зв'язку ядер атомів, які по­сідають в періодичній системі останні місця (А»200), приблизно на 1 МеВ менша від питомої енергії зв'язку в ядрах елементів, які знаходяться в середині періодичної системи (А «100). Тому при діленні масивного ядра на два

ядра з масовими числами порядку 100 (і більше) відбу­вається виділення енергії.

Для прикладу розглянемо поділ ядра урану U^23b (А| = 238) на два атомних ядра з масовими числами А>= 119. Питома енергія зв'язку ядра урану,

питома енергія зв'язку кожного з нових ядер Для роз'єднання усіх нуклонів, які складають атомне ядро урану, необхідно витратити енергію, що дорівнює енергії зв'язку ядра урану:

При об'єднанні цих нуклонів у два нові ядра з масо­вими числами А-2= 119 виділиться енергія, що дорівнює сумі енергій зв'язку нових ядер:

Отже, в результаті реакції поділу ядра урану виді­литься енергія ЛІГ, що дорівнює різниці між енергією зв'язку нових ядер й енергією зв'язку ядра урану:

Безпосередні вимірювання підтверджують, що під час поділу ядра урану U виділяється енергія понад 200 МеВ, причому більша частина цієї енергії припадає на кіне­тичну енергію нових ядер («осколків»).

З аналізу графіка залежності питомої енергії зв'язку від масового числа випливає, що виділення енергії повинно мати місце і при об'єднанні (синтезі) кількох легких ядер в одне масивне, оскільки питома енергія зв'язку легких ядер менша від більш масивних. Припустимо, що від­бувається синтез двох ядер натріюв ядро з масовим числомПитома енергія зв'язку ядра натрію питома енергія нового ядра t-.₂ = = 8,4 МеВ. Для роз'єднання всіх нуклонів, які утво­рюють два ядра натрію, необхідно затратити енергію, що дорівнюєподвоєній енергії ядра натрію:

При о б'єднанні цих нуклонів у нове ядро з масо­вим числом Аз =46 виділиться енергія, що дорівнює енергії зв'язку нового ядра:

Отже, під час реакції синтезу ядер натрію відбувається виділення енергії ЛЕ, рівної різниці енергії зв'язку ново-

утвореногоядра і енергії зв'язку ядер натрію:

Таким чином, можна зробити висновок, що виділення ядерної енергії відбувається як у процесі реакцій поділу важких ядер, так і під нас реакцій синтезу легких ядер. Ядерна енергія, що виділяється кожним ядром, яке бере участь в реакції, дорівнює різниці між енергією зв'язку Е-2 продукту реакції і енергією зв'язку £_t вихідного ядра: Е=Е₇-Е_{.

Цей висновок надзвичайно важливий, оскільки на ньому грунтуються промислові способи одержання ядер­ної енергії, про що мова піде нижче.

На закінчення підкреслимо, що найбільш вигідною з точки зору одержання ядерної енергії є реакція синтезу ядер воднюабо дейтерію, оскільки, як це випли­ває з графіка, в цьому випадку різниця енергій зв'язку ядра, яке синтезується, і вихідних ядер буде найбільшою. Легко підрахувати, що при утворенні ядра гелію з двох дейтронів виділяється 24 МеВ енергії. Якби в такій реакції взяли участь усі ядра, які містяться в 1 кг дейтерію, то виділилася б величезна енергія — порядку 3,6-10'МеВ = = 1,62 • 10⁸ кВт • год. Про проблеми практичного здійснення таких реакцій розповідатиметься нижче.

? 1. Чому під час реакцій поділу важких ядер відбувається виді--леїшя енергії? Як можна підрахувати цю енергію? 2. Як пояснити виділення енергії під час реакції синтезу легких ядер? 3. Яка реак­ція є найбільш вигідною з точки зору одержання енергії?

Вправа 17

3. Яка енергія виділиться, якщо під час реакції

піддати перетворенню всі ядра атомів віт алюмінію?

1. Визначити енергію зв'язку урану і геліюта повну енергію, яка виділяється під час перетворення всіх ядер атомів, які містяться в 1 г речовини.

2. Визначити енергію, яка поглинається під час реакції