Деление атомных ядер

Тяжелое составное ядро, возбужденное при резонансном захвате нейтрона, может разделиться на две примерно равные части. Такая реакция называется реакцией деления ядра. Образовавшиеся части называютсяосколками деления. При этом высвобождается огромная энергия (≈ 200 МэВ).

Осколки деления в момент своего образования оказываются перегруженными нейтронами. Для ядер ина один акт деления приходится в среднем 3 и 2,5 нейтрона. Большая часть нейтронов испускается мгновенно (за≈ 10^-14 с). Малая часть (≈0,7 %) нейтронов испускается осколками деления за время0,05 с ÷ 1 мин. Испущенные при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать новые акты деления и так далее. . . . Происходит размножение нейтронов. Коэффициентом размножения нейтроновKназывается отношение числа нейтронов в некотором звене реакции к их числу в предшествующем звене. Условие развития цепной реакцииK≥ 1.

Оказывается, что не все образующиеся вторичные нейтроны вызывают деление ядер. Часть нейтронов выходит за пределы активной зоны реакции, часть захватывается ядрами неделящихся примесей.

Коэффициент размножения зависит от природы делящегося вещества, от его количества, от размеров и формы активной зоны.

Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно осуществление цепной реакции называются критическими. Минимальная масса называетсякритической массой.

Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые.

Взрыв атомной бомбы – неуправляемая цепная реакция. Ядерный заряд бомбы представляет собой два или более кусковили, удаленных друг от друга. Масса каждого куска меньше критической. С помощью взрывчатого вещества (запал) части ядерного заряда соединяются, масса становится больше критической, возникает неуправляемая ядерная реакция. Первичный источник нейтронов – космическое излучение.

Устройства, в которых осуществляется управляемая цепная реакция деления, называются ядерными реакторами.

Схема реактора на тепловых нейтронах имеет вид, приведённый на рисунке . Cтержни, содержащие кадмий или бор, служат для регулировки процесса в реакторе. Кадмий или бор интенсивно поглощают нейтроны. Поэтому введение стержней в реактор уменьшает коэффициент размножения нейтронов, а выведение – увеличивает.

Деление атомных ядер может происходить под действием тепловых нейтронов, энергия которых не превышает 100 эв. Под действием тепловых нейтронов способны делиться изотопы уранаи^, изотоп плутония.

Деление атомных ядер может происходить под действием быстрых нейтронов, энергия которых больше, чем 0,1 Мэв. Под действием быстрых нейтронов способны делиться изотоп урана, изотоп тория, изотоп протактинияи изотоп нептуния.

Деление атомных ядер можно объяснить на основе капельной модели ядра, согласно которой атомное ядро представляет собой каплю заряженной жидкости. До деления ядро имеет сферическую форму и равномерно распределённый заряд (рис.). Если нейтрон захватывается ядром, то энергия равномерно распределяется по всему объёму, что приводит к деформации ядра и колебаниямкапли. При колебаниях капли протоны могут сместиться далеко друг от друга. Это смещение положительных зарядов приводит к разрыву капли, так как кулоновские силы уже превышают короткодействующие ядерные силы.