- •Основы радиационной экологии
- •Введение
- •1 Основные понятия, термины и определения
- •2 Из чего сделано вещество. Немного истории
- •2.1 Атомы
- •2.2 Элементарные частицы
- •2.3 Кварки
- •3 Элементарные частицы
- •3.1 Фундаментальные взаимодействия
- •3.2 Аннигиляция
- •4.1 Состав атомных ядер
- •4.2 Изотопы
- •4.3 Атом водорода
- •4.4 Дефект массы
- •4.5 Постулаты Бора
- •4.6 Корпускулярно-волновой дуализм
- •4.7 Энергия связи ядер
- •4.7.1 Энергетические уровни ядра
- •4.7.2 Насыщение ядерных сил
- •4.7.3 Импульс движения
- •4.7.4 Магнетон Бора
- •4.7.5 Спин ядра
- •4.8 Единицы атомной и ядерной физики
- •5 Радиоактивность
- •5.1 Естественная радиоактивность
- •5.2 Превращения ядерных частиц
- •5.7.1 Устойчивость ядер
- •5.3 Закон радиоактивного распада
- •5.4 Ядерные реакции
- •5.4.1 Первая ядерная реакция
- •5.4.2 Ядерные реакции под действием α- частиц
- •5.4.3 Ядерные реакции под действием протонов
- •5.4.4 Ядерные реакции под действием нейтронов
- •5.4.5 Реакция деления тяжелых ядер
- •5.4.5.1 Цепная реакция
- •5.4.5.2 Критическая масса
- •5.4.5.3 Ядерные реакторы
- •5.5 Синтез атомных ядер
- •5.5.1 Протон - протонная реакция
- •5.5.2 Углеродно – азотный цикл
- •5.5.3 Управляемый термоядерный синтез
- •6 Проявление радиоактивности
- •6.1 Ионизация
- •6.1.1 Потенциал ионизации
- •6.2 Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом
- •6.2.1 Радиолиз воды
- •8.2.2 Свободные радикалы
- •6.3 Наведенная радиоактивность
- •Дозиметрия радиационных явлений
- •7.1 Радиоактивность, единицы измерения
- •7.2 Доза излучения
- •6.2.1 Экспозиционная доза
- •6.2.2 Поглощенная доза
- •6.2.3 Эквивалентная доза
- •6.2.4 Мощность дозы
- •8 Дозиметрия ионизирующих излучений
- •8.1 Детекторы ионизирующих излучений
- •8.1.1 Ионизационные камеры
- •8.1.1.1 Газоразрядные счетчики
- •8.1.2 Химические детекторы
- •8.1.3 Сцинтилляционные счетчики
- •8.1.4 Фотографические детекторы
- •8.1.6 Другие виды детекторов
- •8.2 Дозиметрические приборы
- •8.2.1 Некоторые дозиметрические приборы старшего поколения
- •8.2.2 Современные дозиметрические приборы
- •8.2.2.1 Многофункциональные приборы для контроля альфа, бета, гамма и нейтронного излучения
- •8.2.2.2 Приборы для контроля альфа - излучения
- •8.2.2.3 Приборы для контроля гамма – излучения
- •8.2.2.4 Системы индивидуальной дозиметрии
- •8.2.2.5 Приборы радиационного дозиметрического контроля
- •8.2.2.6 Радиометры
- •Приборы ветеринарного контроля
- •8.2.2.8 Системы радиационного контроля и мониторинга
- •8.2.2.9 Приборы радиационного контроля общего назначения
- •Заключение
- •Литература
- •Содержание
5.4 Ядерные реакции
Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ- квантов.
При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам сохранения при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т. е. числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц.
Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы). Первая реакция такого рода была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году:
Однако наиболее интересными для практического использования являются реакции, протекающие при взаимодействии ядер с нейтронами. Так как нейтроны лишены заряда, они беспрепятственно могут проникать в атомные ядра и вызывать их превращения. Э. Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми, но и медленными нейтронами, движущимися с тепловыми скоростями.
Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина:
Q = (MA + MB – MC – MD)c2 = ΔMc2.
где MA и MB – массы исходных продуктов, MC и MD – массы конечных продуктов реакции. Величина ΔM называется дефектом масс (об этом речь шла в разделе 4.4. Ядерные реакции могут протекать с выделением (Q > 0) или с поглощением энергии (Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.
Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина ΔM должна быть положительной.
Возможны два принципиально различных способа освобождения ядерной энергии.
1. Деление тяжелых ядер. В отличие от радиоактивного распада ядер, сопровождающегося испусканием α- или β-частиц, реакции деления – это процесс, при котором нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс.
В 1939 году О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана. Продолжая исследования, начатые Ферми, они установили, что при бомбардировке урана нейтронами возникают элементы средней части периодической системы – радиоактивные изотопы бария (Z = 56), криптона (Z = 36) и др.
Уран встречается в природе в виде двух изотопов: 92U238 (99,3 %) и 92U235 (0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. При этом реакция деления 92U235наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах, в то время как ядра 92U238вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ.