39 учебника по физика за 11 клас (К

§ 39. Ядрени реакции. делене на уранови ядра

Неутроните водят до делене на ядрото на урана и освобождаване на огромна енергия. Продуктите на тази ядрена реакция са неутрони, което прави възможно извършването на верижна ядрена реакция на делене на уранови ядра.

Ядрените реакцииса трансформациите на атомните ядра по време на взаимодействието им помежду си, селементарни частици(например протони, неутрони или електрони) и кванти на g-лъчение. За ядрена реакция е необходимо ядрата или частиците, участващи в нея, да се доближат едно до друго на разстояние, сравнимо с размера на ядрото (10 -15 m). Неутроните, дори и без висока скорост, могат да се доближат до самото ядро, т.к. те са електрически неутрални. Напротив, положително заредените частици трябва първоначално да имат голяма кинетична енергия, за да бъдат толкова близо до положително заредено ядро. Източниците на такива високоенергийни частици могат да бъдат радиоактивни лекарства иускорители на заредени частици. В лабораторни условия ядрена реакция е извършена за първи път от Ръдърфорд, когато той бомбардира азотни ядра с a - частици, в резултат на което тези ядра се превръщат в кислородни ядра, което може да се запише като:

Ядрените реакции могат да протичат както с поглъщане, така и с освобождаване на енергия. Енергията, освободена или погълната при ядрена реакция, се наричаизходна енергия от ядрена реакция. Според закона за запазване на енергията и теорията на относителността, която установява връзка между масата на ядрото в покой и неговата енергия, добивът на енергия DEот ядрена реакция е:

където Dmе разликата между общата маса на частиците и ядрата, влизащи в реакцията, и реакционните продукти. Ако Dm>0, тогава ядрената реакция протича с освобождаване на енергия, а ако Dmпри облъчване с "бавни" неутрони, т.е. с кинетична енергия от порядъка на 0,1 MeV. Такава ядрена реакция с образуването на ксенонови и стронциеви ядра може да бъде записана като:

Използвайки формула (39.1), можем да изчислим, че енергийният добив на реакция (39.2) е около 184 MeV. Така при деленето на всички ядра, съдържащи се в 1 g от този уранов изотоп, се отделя енергия от около 7,5. 10 10 J, което е еквивалентно на енергията, получена при изгаряне на 2,5 тона въглища. Освобождаването на такава огромна енергия по време на деленето на атомни ядра с масово число около 200 се дължи на факта, че специфичната енергия на свързване на тези ядра е приблизително 1 MeV по-малка от специфичната енергия на свързване на ядра с масово число около 100 (виж фиг. 37).

Механизмът на делене на тежко ядро под действието на неутрон може да се обясни, като ядрото се разглежда като капка заредена течност (фиг. 39a). При липса на външни влияния ядрените сили на привличане предпазват ядрото от разпадане, придавайки му сферична форма. Въпреки това, абсорбирайки неутрон, ядрото се деформира, приемайки удължена форма и веднага "късообхватните" ядрени сили на привличане между областитеRиL(виж Фиг. 39а) стават по-малки от силите на Кулон на тяхното отблъскване, в резултат на което ядрото се разкъсва на две части.

Неутроните, както показва уравнението за ядрено делене (39.2), не само причиняват тази реакция, но са и нейни продукти. А това означава, че всеки от двата образувани вторични неутрона или неутрони от 2-ропоколение(фиг. 39b) може да предизвика делене на съседни ядра, при чието делене ще се появят неутрони от 3-то поколение и т.н., в резултат на което броят на делящите се ядра нараства много бързо. Ядрените реакции, при които частиците, които ги предизвикват, се образуват като продукти на тези реакции, се наричат верижни ядрени реакции.реакции .

Въпроси за преглед:

Какво се нарича ядрени реакции?
Как можете да изчислите енергийния добив на ядрена реакция?
Защо деленето на тежки ядра е придружено от освобождаване на енергия?
Какво е ядрена верижна реакция?

Ориз. 39. (a) - различни моменти на ядрено делене (отгоре надолу, капков модел); (b) – схема на верижна ядрена реакция (отляво надясно).