1.CONURSE.docx

Прямые реакции обладают рядом характерных особенностей.

Во первых, из того, что падающий нуклон передает импульс в основном одному нуклону ядра, следует, что нуклоны должны вылетать из ядра преимущественно вперед в направлении импульса налетающей частицы.

Во вторых, из того, что падающий нуклон передает одному нуклону почти всю энергию, следует, что вылетающие из ядра нуклоны должны иметь энергии, близкие к максимально возможным.

В третьих, из ядра с равной вероятностью могут вылетать как протоны, так и нейтроны, поскольку при больших энергиях вылетающих частиц влияние кулоновского барьера уменьшается.

Какую минимальную кинетическую энергию в лабораторной системе	должен иметь
нейтрон, чтобы стала возможной реакция

Определить порог пор реакции фоторасщепления

Определить пороги реакций:

Идентифицировать частицу и рассчитать энергии реакции в реакции

Какую минимальную энергию		должен иметь дейтрон, чтобы в результате неупругого
рассеяния на ядре	возбудить состояние с энергией возб

Ядро	захватывает медленный нейтрон и испускает квант. Чему равна энергия кванта?

Мишень из естественной ,еси изотопов бора бомбардируется протонами. После окончания

облучения детектор	частиц зарегистрировал активность	. Через	мин активность
образца снизилась до	. Каков источник активности? Какая ядерная		реакция происходит?

Используя импульсную диаграмму, Получите связь между углами вылета частиц в лабораторной системе координат и в системе центра инерции.

При каких относительных орбитальных моментах количества движения протона возможна ядерная реакция + * + ?

. Ядро поглощает квант, в результате чего вылетает протон с орбитальным моментом

. Определить мультипольность поглощенного	кванта, если конечное ядро образуется в
основном состоянии?

. Можно ли в реакции неупругого рассеяния дейтронов на ядре	В возбудить состояние с
характеристиками J

. Оцените сечение реакции , если известны сечения реакций, идущих с образованием того же составного ядра с той же энергией возбуждения:

. Получите, исходя из модели оболочек, отношение сечений реакций подхвата			( , )	, с
образованием конечного ядра	в основном состоянии (J	) и в состоянии (J		).

. Оцените спин и четность состояния ядра	g с энергией .		М,, если при возбуждении этого
состоянии в реакции неупругого рассеяния	частиц с энергией		М,, первый максимум в
угловом распределении частиц наблюдается под углом		.

. Оцените угол, под которым должен быть максимум углового распределения протонов в реакции ( , ) на ядре , вызванной дейтронами с энергией М,, с образованием ядра в основном состоянии.

. Определить пороги пор реакций фоторасщепления

С.

. Идентифицировать частицу и рассчитать энергии реакции в следующих случаях:

Вычислите пороги следующих реакций в случае, если налетающей частицей является: ) легкая частица, ) ядро:

Объясните полученные результаты.

Вычислить порог реакции: , в двух случаях, если налетающей частицей является:

частица,

ядро	. Энергия реакции	.	М,. Объяснить результат.
Рассчитать энергии и пороги следующих реакций:
Определите максимальную энергию возбуждения * ядра, образующегося в реакции ( ,				) на
следующих мишенях под действием			частиц с энергией:
Почему в нерезонансной области сечение захвата медленных нейтронов пропорционально				?

Какие составные ядро образуются в следующих реакциях

? Какие конечные ядра и частицы могут образоваться в каждой из этих реакций?

При каких орбитальных моментах налетающего протона возможно возбуждение состояний промежуточного ядра * со спином, четностью и изоспином J , и через какие из этих состояний возможно протекание реакции

с образованием конечного ядра

в основном состоянии?

. Ядро под действием М фотонов испускает протон (нейтрон). Конечное ядро образуется в основном состоянии. Определить орбитальный момент вылетевшего протона (нейтрона).

. В результате поглощения ядром , фотона из ядра вылетает H . Конечное ядро образуется в основном состоянии. Определить спин и четность образовавшегося ядра. Сравнить полученный результат с табличными значениями.

(табличное значение
Определить орбитальный момент трития	, образующегося в реакции , (альфа, )		,
если орбитальный момент налетающей	частицы	.

Оцените величину сечения образования составного ядра при взаимодействии нейтронов с
энергией .	, с ядром			.
Протон с энергией			М, налетает на неподвижное ядро водорода. Определите кинетическую
энергию каждой частицы в СЦИ.
Рассчитайте кинетическую энергию нейтрона при температуре									·	К. Какова зависимость
кинетической энергии нейтрона от угла рассеяния при рассеянии нейтронов на неподвижных
протонах? Оцените среднее число столкновений нейтрона с протоном необходимое для
уменьшения кинетической энергии нейтрона до тепловой.
А) Реакция	может быть использована для получения монохроматичных нейтронов. Определите
энергию нейтронов			, вылетающих под углом				при энергии налетающих дейтронов				В
условии задачи А) рас,отрите реакцию (					, )	H .
Определите максимальную и минимальную энергии нейтронов									, образующихся в реакции
под действием ускоренных протонов с энергией								М,.
Хлор имеет два стабильных изотопа					и радиоактивный изотоп					с периодом
полураспада . ·		лет.
) Определить возможные значения орбитального момента дейтрона, захваченного ядром
в результате реакции срыва				.
) Определить возможные значения орбитального момента дейтрона в реакции подхвата
, если ядро	образуется в основном состоянии.
. Сечение реакции		,	на тепловых нейтронах равно					. барн. Образец естественной ,еси
изотопов ,	размером		. мм облучается потоком тепловых нейтронов							н , ·с.
Рассчитайте скорость реакции. Плотность					(, )	.	г	, .

На головную страницу

Семинар . Деление ядер

На устойчивость атомного ядра влияют два типа сил:

короткодействующие силы притяжения между нуклонами,

дальнодействующие электромагнитные силы отталкивания между протонами.

С увеличением массы и размера ядра кулоновское отталкивание приводит к уникальному явлению ядро может разделиться на два сравнимых по массе осколка. Неустойчивость атомного ядра по отношению к делению описывается параметром делимости А.

Процесс деления атомных ядер

Энергия деления

Продукты деления

Механизм деления

Деление естественной ,еси изотопов урана

Цепная реакция деления

Ядерный реактор

Ядерный взрыв

Задачи

Деление атомных ядер

Делением атомных ядер называют их распад на два осколка сравнимой массы. Деление может быть самопроизвольным (спонтанным) или вынужденным, вызванным взаимодействием с налетающей частицей.

Характеристики распадов некоторых ядер

Изотоп Период полураспада по каналу

спонтанного деления, лет	Период полураспада по каналу
распада, лет

Деление энергетически выгодно для тяжёлых ядер и является основным источником ядерной энергии. При этом энерговыделение составляет величину М, на один нуклон делящегося

вещества или , кг, что на много порядков превосходит энерговыделение всех других освоенных человеком источников энергии.

. . Энергия деления

При делении тяжёлых ядер выделяется энергия, что следует из зависимости удельной энергии связи А от массового числа ,. При делении тяжёлого ядра образуются более лёгкие ядра, в которых нуклоны связаны сильнее, и часть энергии высвобождается.

Для случая, когда ядро делится на два одинаковых осколка			, пренебрегая
незначительной энергией спаривания ζ,	и полагая (	)	, из формулы Вайцзеккера
для энергии связи ядра получаем:
Деление энергетически выгодно ( дел	) в том случае, когда . когда

Величина	, называется параметром делимости.		,	для ядер
. . Продукты деления
Распределение энергии деления		тепловыми нейтронами

Кинетическая энергия осколков

М,

Мгновенные нейтроны деления

Электроны бета распада

Антинейтрино бета распада

Мгновенные гамма кванты

Гамма излучение продуктов деления

Всего

Массовое распределение осколков деления тепловыми нейтронами.

Характерной особенностью деления изотопов урана является то, что осколки, как правило, существенно различаются по массам, т. е. преобладает асимметричное деление. С учётом

испускания двух мгновенных нейтронов, один из каналов реакции деления				имеет вид
Распределение по массам осколков деления показано на рис.			. . Осколки деления образуются
в широком диапазоне ,	и	.

Асимметричное деление объясняется влиянием оболочечной структуры ядра. Ядро стремится разделиться таким образом, чтобы основная часть нуклонов осколка образовала устойчивый магический остов.

Осколки деления в момент образования сильно перегружены нейтронами и испытывают последовательный распад, причем заряд первичного осколка может увеличиваться на единиц.

Энергетический спектр нейтронов, испущенных при делении тепловыми нейтронами ядра

.

Восстановление характерного для средних ядер

,соотношения числа нейтронов и протонов происходит также за счёт вылета

мгновенных нейтронов деления. В среднем в каждом акте деления за время		·	с
испускается	мгновенных нейтрона. Энергетический спектр нейтронов непрерывный с

максимумом около М, (рис. . ). Испускание более одного нейтрона в каждом акте деления дает возможность получать энергию за счет цепной ядерной реакции деления.

Небольшая доля нейтронов испускается с некоторым запаздыванием (от нескольких миллисекунд до нескольких минут) относительно момента деления , запаздывающие нейтроны.

. . Механизм деления

Поверхностная и кулоновская энергии изменяются при отклонениях формы исходного ядра от сферической. Если ядро принимает форму вытянутого эллипсоида вращения, то при условии, что объём ядра не изменяется (ядерная материя практически несжимаема), величины малой , и большой осей ядерного эллипсоида:

где , радиус исходного ядра, а ε , малый параметр.

Поверхностная и кулоновская энергии ядерного эллипсоида:

Изменение полной энергии ядра при переходе от сферической формы к эллипсоиду определяется соотношением

Барьер деления возникает при

Высота барьера деления тем меньше, чем больше параметр деления

Зависимость формы и высоты потенциального барьера, а также энергии деления от величины параметра ,. Двусторонняя вертикальная стрелка показывает высоту барьера деления.

. . Деление естественной ,еси изотопов

В естественной ,еси изотопов на тепловых нейтронах реакция возможна, а на быстрых , нет. Среднее число вторичных нейтронов на один захват нейтрона естественной ,есью изотопов урана

где	среднее число нейтронов, испускаемых в одном акте деления,		сечения реакций
деления и радиационного захвата
Для тепловых нейтронов		барн,

Следовательно, цепная реакция на тепловых нейтронах на естественном уране возможна. Однако для осуществления цепной реакции надо с малыми потерями замедлять образующиеся при делении нейтроны с энергией от несколько М, до тепловых.

Для быстрых нейтронов	барн,	. барн. При делении только изотопа			получим
Необходимо учесть, что быстрые нейтроны с энергиями больше . М, могут с заметной
относительной интенсивностью делить и ядра изотопа				, которого в естественной ,еси
гораздо больше. При делении		коэффициент	.	. В спектре деления	нейтронов
имеют энергии выше эффективного порога . М, деления				. Из этих	нейтронов только
один нейтрон из пяти успевает вызвать деление			, не замедлившись до энергии ниже
пороговой за счет упругого и неупругого рассеяния. Для быстрых нейтронов					. барн и для
коэффициента получается оценка

Полный коэффициент для реакции деления на быстрых нейтронах в естественной ,еси изотопов урана равен сумме

На быстрых нейтронах цепная реакция в естественной ,еси изотопов и идти не может. Реакцию на быстрых нейтронах можно поддерживать лишь в обогащенной ,еси, содержащей не меньше изотопа .

Цепная реакция деления

Цепная реакция деления идет в среде, в которой происходит процесс размножения нейтронов. Такая среда называется активной средой. Физической величиной, характеризующей интенсивность размножения нейтронов, является коэффициент размножения нейтронов k , равный отношению количества нейтронов в одном поколении к их количеству в предыдущем поколении. Индекс относится к среде бесконечных размеров. В делящейся среде конечных размеров часть нейтронов будет уходить из активной зоны наружу. Поэтому коэффициент k, являющийся характеристикой конкретной установки, зависит от вероятности Р для нейтрона не уйти из активной зоны. По определению

Величина Р зависит от состава активной зоны, ее размеров, формы, а также от того, в какой степени вещество, окружающее активную зону, отражает нейтроны.

Критическим размером называется размер активной зоны, при котором k . Критической массой называется масса активной зоны крити­ческих размеров. При массе ниже критической

размножение нейтронов не происходит, даже если k	. Заметное превышение критической
массы ведет к неуправляемой реакции , взрыву.
Если в первом поколении имеется нейтронов, то в	м поколении их будет k . Поэтому при