2. Реакция деления ядра
Реакция деления ядра – это деление тяжелого ядра под действием нейтронов на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на 2 ядра, близких по массе.
Замечательной особенностью деления ядер является то, что оно сопровождается испусканием двух – трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления.
Нейтроны – электрические нейтральные частицы, не испытывающие кулоновского отталкивания и поэтому легко проникающие в ядра, вызывая разные ядерные превращения.
Для средних ядер
– число нейтронов примерно равно числу
протонов
;
для тяжелых ядер число нейтронов
значительно превышает число протонов
.
Пример реакции:
.
Вероятность деления ядер определяется энергией нейтронов. Нейтроны обладают энергией активации (минимальной энергией, необходимой для осуществления реакции деления ядра).
Испускаемые при
делении ядер вторичные нейтроны могут
вызвать новые акты деления, что делает
возможным осуществление цепной реакции
деления – ядерной реакции, в которой
частицы, вызывающие реакцию, образуются
как продукты этой реакции. Цепная реакция
деления характеризуется коэффициентом
размножения k-нейтронов,
который равен отношению числа нейтронов
в данном поколении к их числу в предыдущем
поколении. Необходимым условием цепной
реакции
.
Оказывается, что не все образующиеся
вторичные нейтроны вызывают последующие
деления ядер. Поэтому k
зависит от активной зоны (пространство,
где происходит цепная реакция), т.е. ее
размеров, формы и массы. Отсюда возникает
понятие критических размеров и критических
масс.
Скорость развития цепных реакций определяется по формуле:
,
где - число нейтронов в начальный момент времени; N - их число в момент времени t; T – среднее время жизни одного поколения.
При k>1 идет развивающаяся реакция; k=1 – самоподдерживающаяся реакция; k<1 – затухающая.
Цепные реакции
подразделяются на управляемые и
неуправляемые. Атомный взрыв –
неуправляемая реакция. Ядерные реакторы
– управляемая реакция. В природе
существует 3 изотопа урана, которые
могут служить ядерным топливом:
- искусственный изотоп.
Устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления, называется ядерным реактором.
3. Реакция синтеза атомных ядер
Колоссальным источником энергии может служить реакция синтеза атомных ядер – образование из легких ядер более тяжелых.
Реакции синтеза обладают той особенностью, что в них энергия, выделяемая на один нуклон значительно больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер.
Для протекания
реакции синтеза атомных ядер достаточно
температуры порядка
.
Такие реакции дают наибольший выход
энергии на единицу массы “горючего”,
чем любые другие превращения, в том
числе и деление тяжелых ядер. Пример:
количество дейтерия в стакане воды
эквивалентно 600 л бензина.
Термоядерная
реакция была осуществлена в 1953 г. в СССР
в виде взрыва водородной (термоядерной)
бомбы. Исходные элементы представлены
были в виде смеси дейтерия и трития, а
запал, который создавал необходимую
температуру – обычная ядерная бомба.
Управляемая термоядерная реакция, для
обеспечения которой надо температуру
,
пока осуществляется лишь в лабораторных
условиях.
Литература
1, глава X, § 71 73.
2, глава 32, § 264 268.