Реакции синтеза атомных ядер

Реакции синтеза - образование из легких ядер (за счет их слияния) более тяжелых ядер.

Термоядерные реакции – синтез при Т~10⁷К

(Q_выд=17,6 МэВ) – водородная бомба

У водорода 3 изотопа: протий - , дейтерий - ("тяжелый водород,"образует "тяжелую воду"), тритий - (радиоактивен).

(Q_выд=22,4 МэВ)

Сверхвысокие температуры Т~10⁷К нужны для сближения нуклонов, чтобы они объединились в ядро. При взрыве водородной бомбы это осуществляется с помощью предварительного взрыва атомной бомбы

Дейтерия в 1 стакане воды по энергии ~60 л бензина.

Первая искусственная термоядерная реакция (взрыв водородной бомбы) была осуществлен в СССР (1953 г.) –потом в США.

Термоядерные реакции, предположительно, являются источником энергии Солнца и звезд.

Радиоактивность. Α, β, -излучения.

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц. Этот процесс характерен лишь для нестабильных ядер. Радиоактивность бывает естественной (в природных условиях) и искусственной (при ядерных реакциях).

Если обозначить через dN количество ядер, подвергшихся радиоактивному распаду за время dt, то dN=-λNdt, где λ – постоянная распада. Знак (-) взят для того, чтобы dN можно было рассматривать как приращение числа нераспавшихся ядер N.

Интегрирование дает:

N=N₀e^-2t – закон радиоактивного распада

где N₀ – изначальное число ядер (t=0)

N – количество не распавшихся ядер в любой момент времени t.

Выражение определяет количество ядер, распавшихся за промежуток времени t.

Время, за которое распадается половина всех имевшихся в начальный момент ядер, называется периодом полураспада T.

( )

– называется средним временем жизни ядра

Процесс радиоактивного распада сопровождается тремя видами излучения:

1. α - распад (в магнитном поле ведет себя так поток положительно заряженных частиц); α – распад - это дважды ионизированные атомы гелия (т.е. – ядра гелия) . Скорость ≈10⁷м/с. Лист бумаги – защита

Символическая запись ядерной реакции: . Пример: ( ) Th – торий

2.(β-) - распад (в магнитном поле ведет себя как поток отрицательно заряженных частиц).

Символическая запись:

, где

– антинейтрино; е – электрон

нейтрон, протон, электрон

- подтверждено для свободных электронов.

0< <E_max – непрерывный спектр излучения электронов.

Пример: ( ), где Ра – протактиний, – антинейтрино; е – электрон

Кроме (β-) существует еще , так наз., - распад (позитронный распад)

Позитрон ядра превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино.

(свободный протон такую реакцию осуществить не может).

Пример: , где – позитрон, –нейтрино (доказано в1956г.)

Участие в процессах распада нейтрино и антинейтрино диктуется законом сохранения момента импульса.

3. - лучи – на магнитное поле не реагируют. В виде самостоятельного радиоактивного излучения среди естественно-радиоактивных веществ не встречается. Е 10кэв÷5Мэв

   Правила радиоактивного смещения

Если в процессе радиоактивного превращения - лучи, то в таблице Менделеева происходит переход на 2 клетки вперед (к началу таблицы), если - распад, то на одну клетку дальше от начала таблицы Менделеева.

Правила смещения являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивных распадах – закон сохранения элементарных зарядов и закон сохранения массового числа.

В результате радиоактивного распада могут возникать нестабильные ядра и т.д. до образования стабильного элемента (радиоактивные семейства). Семейства называются по наиболее долго живущему по периоду полураспада родоначальнику семейства. Существует 4 радиоактивных семейства.

Торий Рb

Нептуний Bi

(искусственно получен. ядра)

Уран Pb

Актиний Pb

Свинец и висмут ( Рb и Bi ) – конечные элементы в радиоактивных семействах.

- семейство урана

- семейство тория

При ядерных реакциях выполняются основные законы сохранения:

1. элементарного заряда;

2. числа нуклонов (в реакциях без античастиц);

3. энергии (полная энергия всех продуктов реакции не изменяется);

4. импульса и момента импульса