Плутоний Фундаментальные проблемы Том 1 - Надыкто Б.А.
ISBN 5-9515-00-24-9
Скачать (прямая ссылка):
j Мгновенный нейтрон
„ 56^а Тяжелый осколок
Легкий 36Kr осколок
Мгновенный нейтрон
Цепочки распада продуктов деления
18,2 мин
141 г
56
Ba
3,9 ч ©
32,5 дня
1,84 с
4,5 с
2,71 ч
3,54 ч
Испускание запазды- |
вающих нейтронов (0,03%)
*
(>)
58 с
Испускание запаздывающих нейтронов (0,012%)
Устойчивый
©
<© о?> (©
9,5 ч 58,5 дня Устойчивый
Рис. 4. Деление
(а) Ган и Штрассман химическим путем выделили радиоактивный барий из облученного нейтронами образца чистого урана. Они поняли, что ядро урана расщепилось на два ядра, одним из которых был барий. Делением можно объяснить ту странную активность облученных нейтронами образцов урана, которую наблюдали исследовательские группы в Риме, Париже и Берлине. Осколки деления возникают в сильно возбужденном состоянии, энергия которого испускается в виде мгновенных нейтронов и ,-излучения. Поскольку продукты деления после излучения энергии возбуждения далеки от долины (3-стабильности, они последовательно претерпевают (3-распад и затем всегда испускают у-кванты и иногда — запаздывающие нейтроны. Кроме того, в результате деления не образуется единственная пара первичных осколков деления до испускания мгновенных нейтронов или единственная пара продуктов деления после испускания мгновенных нейтронов.
(б) Здесь показаны цепочки (3-распада продуктов деления: бария-141 (Z = 56) и криптона-92 (Z = 36). Они были получены после мгновенного испускания 3-х нейтронов из первичных осколков деления, образовавшихся при вызванном нейтронами делении урана-235. Гамма-излучение, которое следует за (3-распадом, здесь не показано. После (3-распада криптона-92 и рубидия-92 (Z = 37) также происходит испускание нейтронов (запаздывающие нейтроны) соответственно из рубидия-92 и стронция-92. Позднее экспериментально было доказано, что в процессе деления испускались как мгновенные, так и запаздывающие нейтроны.
(в) Лизе Мейтнер и Отто Фриш для объяснения деления использовали капельную модель ядра.
излучения, которые невозможно было ни идентифицировать, ни просто интерпретировать с точки зрения радиоактивного распада трансурановых элементов.
В сентябре 1934 года Ида Ноддак предположила, что это сложное излучение, возможно, связано с ядерными продуктами, более легкими, чем свинец. Поскольку у свинца на 10 протонов меньше, чем у урана, Ноддак полагала, что в результате поглощения единственного нейтрона с низкой энергией произошло значительное разрушение ядра урана. Это было невероятно.
В то время все известные ядерные реакции приводили лишь к незначительным изменениям ядра. Предположение Ноддак практически проигнорировали, и сам Ферми после некоторых расчетов отклонил эту идею. (б)
Однако Ноддак была права, и, как это ни странно, Ферми мог бы увидеть признаки такого распада ядра в своей собственной лаборатории в начале 1935 года. В то время группа Ферми сделала еще одну попытку обнаружить трансурановые элементы при облучении образцов урана с использованием недавно созданной ионизационной камеры. Предполагалось, что если в результате поглощения нейтронов, за которым следует 13-распад, образуются ядра трансурановых элементов и если у этих ядер небольшой период полураспада с образованием а-частиц, то они будут испускать а-ча-стицы большой энергии (согласно закону Гейгера-Нэттола). Чтобы уменьшить низкоэнергетичный фон естественной а-радиоактивности итальянские ученые поместили тонкую алюминиевую фольгу между образцом урана и детектором. Эта фольга, образующая преграду для а-частиц естественной радиоактивности малой энергии, частично прозрачна для а-частиц более высокой энергии, которые могут испускаться ко-роткоживущими трансурановыми элементами. Эксперимент оказался неудачным - а-частицы обнаружены не были, но продукты деления несомненно образовались, и их можно было бы обнаружить, если бы там не было алюминиевой фольги, которая их не пропустила!
Разнообразие (5-активности, исходящей из облученного нейтронами урана, довольно долго оставалось тайной. На самом деле, к 1935 году еще две груп-
пы получили такие же поразительные результаты: Ирен Кюри и Павел Савич
в Париже и Лизе Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрассман в Берлине. Активность
66
Los Alamos Science Number 26 2000
От алхимии к атомам
(г)
-5 -----------------------------------------------------------------------------------------
Увеличение деформации ядра ------------->
Ядро рассматривается как положительно заряженная капля жидкости, на которую действуют две противоположно направленные силы. Сильное притяжение удерживает нуклоны вместе, что приводит к возникновению поверхностного натяжения, благодаря которому капля принимает форму компактного шара. Электрическая (кулоновская) сила пытается разбить каплю на части. По мере увеличения размера ядра поверхностное натяжение увеличивается медленнее, чем возрастает сила кулоновского взаимодействия, имеющая дальний радиус действия, поскольку радиус сильных взаимодействий очень ограничен. В итоге более крупные ядра становятся все более неустойчивыми относительно искажений формы. Требуется дополнительная энергия для дальнейшего искажения формы ядра, о чем можно судить по наличию барьера деления на графике потенциальной энергии. Когда уран поглощает нейтрон, энергия возбуждения приводит к колебанию ядра, и из-за дополнительной энергии оно деформируется настолько, что уже находится над вершиной барьера деления (Е > Ebp). Ядро разрывается на две части. Осколки деления уносят кинетическую энергию, составляющую около 170 МэВ, что более чем в 20 раз превышает энергию, выделяемую при а- или (3-распаде, и в десятки миллионов раз превышает энергию, выделяемую при разрыве химических связей, (г) Здесь приведены результаты современного расчета барьера деления и деформации ядра плутония-240. Двойной горб (сплошная линия) возникает в результате учета особенностей квантовой механики ядра.
