1.4.Виды ядерных реакций

Ядерная реакция сопровождается выделением или поглощением энергии. При делении атомов с тяжелыми ядрами на атомы с более легкими выделяется энергия.

При синтезе ядер также выделяется энергия.

Выделение энергии происходит как при делении ядер так и при их синтезе, причем выделенная энергия равна разности энергий связи продукта реакции и исходного материала:

Реакция деления.

Возбужденное ядро распадается на две части. Для возбуждения ядра можно использовать ядра гелия, протоны и нейтроны. Наиболее эффективными являются нейтроны, т.к. они электрически нейтральны. Проникнув в ядро нейтрон возбуждает атом и, если энергия достаточна, то ядро распадается на два осколка и выбрасывается 2-3 мгновенных нейтрона с энергетическим спектром 1 эВ – 10 МэВ.

Для того чтобы получить значительные количества выделенной энергии реакция должна развиваться, т.е. быть цепной – при каждом делении должны появляться новые нейтроны, из которых хотя бы один вызывал следующее деление. Развитие ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.

где, - число нейтронов на предыдущем, а - на последующих этапах деления.

Если K<1 – реакция идти не будет;

K=1 – реакция с постоянной интенсивностью;

K>1 – неуправляемая реакция

Масса делящегося вещества, в которой цепная реакция происходит с К=1 называется критической.

Реакция синтеза (термоядерная реакция)

Удельная энергия связи в ядре с увеличением массового числа возрастает, поэтому при соединении легких ядер в более тяжелые должна освобождаться энергия, так как в новом ядре нуклоны связаны сильнее. При малых значениях массового числа (водород и его изотопы) удельная энергия возрастает особенно быстро

Для осуществления такой реакции ядра необходимо сблизить и они должны иметь значительную кинетическую энергию, чтобы преодолеть электрические силы отталкивания между ними. Это возможно при высоких температурах (несколько десятков миллионов Кельвинов), когда кинетическая энергия ядер будет порядка 0,01 МэВ.

Действительно средняя кинетическая энергия теплового движения частицы равна Е = ЗкТ/2 → Т = 2Е/Зк = / = 77.10⁶ К. Поэтому такая реакция получила название термоядерной. В Земных условиях такие температуры могут быть созданы пока в течение небольшого промежутка времени, а в недрах Солнца и звездах они существуют. Атомы полностью ионизированы, и вещество находится в плазменном состоянии (отдельно атомы и отдельно электроны). Ядра водорода превращаются в ядра гелия с образованием двух позитронов, двух нейтрино и фотона и освобождением энергии порядка 25 МэВ

Применение ядерной энергии.

Сформировалось два основных направления использования ядерной энергии – развитие ядерной энергетики и применение радиоактивных изотопов. Преобразование ядерной энергии в электрическую осуществляется по схеме.

Теплота, отводимая из активной зоны реактора, передается воде в парогенераторе и превращает ее в пар, который приводит в действие турбину с электрогенератором.

Очень широкое применение получили радиоактивные изотопы в различных областях научной и практической деятельности – автоматизация контроля, стерилизация, нейтрализация статистического электричества.