Лекция №14 Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность Цепная реакция. Ядерный реактор. Атомная энергетика.

_{План лекции:}

1. Ядерные реакции и законы сохранения.

2. Искусственная радиоактивность.

3. Реакция деления. Цепная реакция.

4. Ядерные реакторы.

5. Атомная энергетика

Вопрос 1. Ядерные реакции и законы сохранения

Ядерные реакции - превращение атомных ядер при их взаимодействии как друг с другом, так и с ядерными (элементарными) частицами

Первое сообщение о ядерной реакции принадлежит Э. Резерфорду. В 1919г. он обнаружил, что когда - частицы проходят через газообразный азот, некоторые из них поглощаются, причем одновременно происходит испускание протонов. Резерфорд пришел к выводу, что ядра азота превращаются в ядра кислорода в результате реакции вида:

(1)

где частица

Все ядерные реакции характеризуются энергией, выделяемой или поглощаемой при их протекании. К тому же при ядерных реакциях соблюдаются законы сохранения суммарного электрического заряда, числа нуклонов, энергии, импульса, момента импульса.

Закон сохранения электрических зарядов и массовых чисел:

Сумма зарядов (массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции.

Ядерная реакция характеризуется, как указывалось выше энергией ядерной реакции АЕ (т.е. энергетическим выходом реакции):

(2)

Если , то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической, а если , то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической.

Ядерные реакции классифицируются по следующим признакам:

1. по роду участвующих в них частиц: реакции под действием нейтронов; реакции под действием заряженных частиц (протонов, дейтронов, – частиц); реакции под действием фотонов ( – квантов);

2. по энергии вызывающих их частиц: реакции при малых энергиях (порядка эВ), происходящие в основном с участием нейтронов; реакции при средних энергиях (до нескольких МэВ, происходящие с участием у - квантов и заряженных частиц протонов, а - частиц); реакции при высоких энергиях (сотни и тысячи МэВ), приводящие к рождению отсутствующих в свободном состоянии элементарных частиц и имеющих большое значение для их излучения;

3. по роду участвующих в них ядер: реакции на легких ядрах (А<50); реакции на средних ядрах (50<А<100); реакции на тяжелых ядрах (А>100);

4. по характеру происходящих ядерных превращений: реакции с испусканием нейтронов; реакции с испусканием заряженных частиц; реакции захвата (в случае этих реакций составное ядро не испускает никаких частиц, а переходит в основное состояние, излучая один или несколько у - квантов).

Примеры ядерных реакций:

• реакция открытия нейтрона Чедвиком:

(3)

• ядерная реакция, осуществляемая при бомбардировке ускоренными протонами:

(4)

• - ядерная реакция под действием медленных нейтронов:

(5)

Поскольку эндотермические реакции ( ) возможны только в том случае, когда налетающая на ядро частица имеет определенную кинетическую энергию, для характеристики таких реакций вводится понятие пороговая кинетическая энергия или порог ядерной реакции.

Порогом ядерной реакции называют наименьшую кинетическую энергию налетающей частицы, при которой ядерная реакция становится возможной.

Из законов сохранения энергии и импульса следует, что пороговая энергия ядерной реакции рассчитывается по формуле:

(6)

где - энергия ядерной реакции;

- масса неподвижного ядра;

- масса налетающей на ядро частицы.