Реакции деления и синтеза атомных ядер

Лекция № 27

Тема: Ядерные реакции. Тепловой эффект ядерной реакции. Деление ядер. Цепная реакция. Термоядерные реакции. Ядерная энергетика. Биологическое действие ионизирующих излучений.

Ядерной реакцией называется процесс интенсивного взаимо­действия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер).

Взаимодей­ствие реагирующих частиц возникает при сближении их до рассто­яния порядка 10^-15 м благодаря действию ядерных сил.

В ядерных реакциях выполняются законы: сохранения электри­ческого заряда, сохранения числа нуклонов (массового числа), сохранения полной энергии, импульса, момента количества дви­жения .

В 1938 году немецкие ученые О. Ган и Ф. Штрассман обнаружи­ли, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины Периодической системы элементов Д. И. Менделеева – ба­рий и лантан. Объяснение этого явления проведено путем предпо­ложения о делении урана на 2 примерно равные части – осколки деления. Дальнейшее исследование показало, что наиболее вероятны осколки с массами 2:3. Осколки деления могут быть весьма разнообразны. Среди них встречаются изотопы, начиная от цинка (Z = 30) и кончая самарием (Z = 62). Массовые числа их лежат в пределах от 72 до 158. Примером этого типа реакций может быть:

U + n ® Cs + Rb + 2n.

 

Природный уран содержит 99,27% изотопа U, 0,72 % U и около 0,01% U. Кроме урана при облучении нейтронами де­лятся торий, пратактиний и плутоний. Испускание при делении ядер U и Pu нескольких нейтронов делает возможным осу­ществление цепной ядерной реакции с выделением огромной энер­гии.

Ядерный синтез, то есть слияние легких ядер в одно ядро, сопровождается, как и деление тяжелых ядер, выделением огром­ных количеств энергии. Например, реакция синтеза D + T ® He + n сопровождается выделением энергии, равной 17,6 мэВ, что состав­ляет 3,5МэВна нуклон. Для сравнения укажем, что деление ура­на приводит к высвобождению 0,85 МэВна нуклон. Поскольку для синтеза ядер необходимы очень высокие температуры (порядка 10⁸ K), этот процесс называется термоядерной реакцией.