Глава 7. Получение радионуклидов. Ядерные реакции

Известно несколько путей образования и получения радиоактивных нуклидов:

- переработка руд урана и тория, в которых в результате радиоактивного распада ²³⁵U, ²³⁸U и ²³²Th образуются радиоактивные изотопы элементов с порядковыми номерами от 81 до 91;

-ядерные реакции в различных установках, с последующим извлечением изотопов из облученных мишеней;

-ядерные реакции в Звездах и в результате взаимодействия космического излучения с веществом;

- ядерные реакции в природе;

-ядерный взрыв.

Физическим процессом, который лежит в основе образования и получения радионуклидов, являются ядерные реакции.

7.1 Ядерные реакции

Ядерными реакциями называются процессы, в ходе которых атомные ядра под воздействием электрически заряженных частиц (протонов, -частиц и т.д.) нейтронов, гамма-квантов или других элементарных частиц превращаются в новые ядра, либо несколько ядер и элементарных частиц. Ядерные реакции в огромных масштабах протекают в природе. Однако, обстоятельные и разносторонние исследования ядерных реакций и получение искусственных радионуклидов по этим реакциям стали возможны благодаря созданию ускорителей частиц и атомных реакторов. Получение радиоактивных изотопов по ядерным реакциям осуществляется облучением мишеней в ядерном реакторе нейтронами и на ускорителях (циклотронах, бетатронах, линейных ускорителях, нейтронных генераторах) дейтронами, протонами, альфа-частицами, нейтронами, фотонами и ядрами атомов химических элементов (кислорода, азота, углерода и др.). Первую ядерную реакцию, осуществил Э. Резерфорд в 1919 г.:

N + He → O + H

7.2 Механизм ядерных реакций

Согласно существующим представлениям ядерные реакции протекают в три этапа. 1. Первый этап заключается в захвате частицы ядром мишени и образованием возбужденного составного ядра (компаунд - ядра), при этом частицы теряют большую часть своей энергии.

A+a[Aa]B+b,

2. Второй этап включает протекающий во времени процесс перераспределения энергии частиц внутри компаунд-ядра.

3. Последний этап - мгновенный распад компаунд-ядра с образованием конечных продуктов.

Процесс соударения бомбардирующей частицы с ядром длится ~ 10^-21с, а составное ядро до своего распада существует значительно дольше (~ 10^-12с).

При облучении одного и того же ядра частицами данного сорта реакция может идти в нескольких направлениях. Например, распад составного ядра Al может происходит несколькими путями:

Mg + H

Al + n →[ Al ] → Al +2 n

Al +

Ядерные реакции во многих отношениях подобны химическим реакциям.

Также как и для химических реакций, для ядерных реакций справедливы основные законы физики:

Закон сохранения электрического заряда.

«Сумма электрических зарядов ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядов ядер и частиц, получающихся в результате реакции». При записи ядерной реакции в развернутой форме, суммы нижних индексов до и после реакции одинаковы.

Например:

N + б → O + p