§ 117. Поділ ядер урану

Вище розглядалися типи ядерних реакцій, у тому числі й реакції розщеплення ядра на кілька частин. Серед них особливе місце посідають реакції поділу важких ядер на осколки приблизно однакової маси. Історія відкриття цього важливого явища відноситься до 1934 p., коли італійський фізик Е. Фермі під час вивчення штучної радіоактивності виявив, що опромінений нейтронами уран дас радіоактивні продукти з кількома періодами півроз-паду. Спочатку було висловлене припущення, що відбу­вається лише утворення трансуранових елементів. Ядро атома урану, захопивши нейтрон, перетворюється

в радіоактивний ізотоп урану. Внаслідок бета-

розпадуперетворюється в перший трансурановий

елемент — нептуній, У свою чергу, ядро атома

нептунію внаслідок бета-розпаду перетворюється в наступ­ний трансурановий елемент — плутоній. Плутоній альфа-радіоактивний з періодом піврозпаду 24 години і перетворюється в ізотоп урану

Для перевірки цього припущення в 1936—1937 pp. були проведені дослідження ядерних реакцій, які від­буваються під час опромінення урану нейтронами різних енергій. На великий подив учених дослідження хімічних властивостей продуктів цих реакцій показало, що поряд а трансурановими виникали хімічні елементи середньої частини періодичної системи: барій, стронцій, ітрій, кріп-тон, ксенон тощо. Для пояснення цих дивних результатів німецький фізик Ліза Мейтнер у 1939 р. припустила, що під дією нейтронів відбувається поділ ядер урану на дві приблизно рівні частини. Ця гіпотеза була експеримен­тально підтверджена дослідами Ірен і Фредеріка Жоліо-Кюрі, Л. Мейтнер та ін.

Під час влучання нейтрона в ядро атома урану в ньому відбувається перегрупування нуклонів. Ядро дуже де­формується (мал. 231) і розпадається на два приблизно однакові ядра. При цьому нуклони (протони і нейтрони) вихідного ядра розподіляються між новими ядрами з ви­конанням законів збереження зарядів і масових чисел:

, де Гндекси 1 і 2 відносяться до

осколків поділу,— заряд і масове число вихідного

ядра урану.

Оскільки питома енергія зв'язку ядер урану (7,5 МеВ) менша за питому енергію зв'язку ядер, що утворюються (8,6 МеВ), поділ ядер урану супроводжується виділенням

Мал. 231

величезної енергії (порядку 200 МеВ). Під час поділу ядер 1 г урану виділяється енергіяабо 22000 кВт • год.

Для порівняння — така кількість енергії виділяється при згорянні 2000 кг бензину, або 2500 кг кам'яного вугілля, або, нарешті, під час вибуху 25000 кг тринітротолуолу (тротилу). Основна частина цієї енергії виділяється у ви­гляді кінетичної енергії осколків поділу.

У ході експериментальних досліджень ядерних реак­цій поділу було встановлено надзвичайно важливий факт, що в момент поділу кожного ядра урану викидаються 2—3 так звані миттєві нейтрони. Саме завдяки цьому виявилося можливим практичне використання внутріядер­ної енергії. Енергія цих нейтронів лежить в широких межах від дуже малих значень — порядку 1 еВ і менше (які відповідають тепловому руху нейтронів при нормаль­ній температурі) і приблизно до 10 МеВ. Однак більшість миттєвих нейтронів має енергію 1—2 МеВ. Нейтрони з енергією понад 1,5 МеВ називають швидкими, ней­трони меншої енергії — повільними (нейтрони з дуже малими енергіями називають тепловими).

Поділ ядра урану на осколки з однаковими масовими числами відбувається дуже рідко. Найчастіше утворюють­ся осколки з масовими числами близько 95 і 139. Осколки ядра, що розділилося, є радіоактивними: вони випро­мінюють фотони, бета-частинки і нейтрони. Ці нейтрони

на відміну від миттєвих називають нейтронами, що спізнилися (викидаються протягом кількох хвилин після поділу вихідного ядра). Число запізнілих нейтронів складав близько 1 % всіх нейтронів, які виникають під час поділу. В результаті серії послідовних бета-розпадів осколків поділу утворюються стабільні ізотопи.

Поряд з поділом під дією нейтронів мав місце самодо-вільний поділ важких ядер, правда, дуже незначний, наприклад, в 1 г урану відбувається лише близько 20 само-довільних поділів за годину. Це явище було відкрите в 1940 р. К. А. Петржаком і Г. М. Фльоровим.

? 1. Що відбувається під час бомбардування ядер урану нейтронами? 2. Завдяки чому виявилося можливим практичне використання внутрі­ядерної енергії? 3. Які нейтрони називають миттєвими і які тими, що спізнюються?