Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
239
элементов. Так, трансурановый элемент нептуний g3Np образуется при резонансном захвате нейтронов ядрами наиболее
238
распространенного изотопа урана g2U по схеме
§ VIII.1.9. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
651
239
где указан период полураспада радиоактивного изотопа 92U,
239 239
превращающегося в 93N р. Далее, ядро изотопа 93NpnpeBpa-
239-rj
щается в ядро плутония 94Ри:
P
239, т 239т-,
93NP 94^U •
2,3 дня
Благодаря эффективному делению под действием тепловых нейтронов (п. 10°) плутоний играет выдающуюся роль в полу-
239
чении ядерной энергии. Плутоний 94Ри а-радиоактивен с огромным периодом полураспада (24 ООО лет) и превращается в
235
устойчивый изотоп урана 92U:
P
239—, - 235тт
94 92 •
2,4 ¦ Ю^лет
9°. Ядерные реакции, происходящие при облучении тяжелых атомных ядер пучками ускоренных атомных ядер легких химических элементов, позволили искусственно получить ряд новых трансурановых элементов (вплоть до элемента с Z = 112). Эти элементы крайне нестабильны и потому не существуют в естественных условиях. Так, например, при облучении ядра
242~ 22, т
изотопа плутония 94Ри пучком ускоренных ядер неона 10Ne образовывалось ядро атома 104-го элемента по схеме:
242—, . 22, т 264v 260v . . I
94 + I0Ne —> 104 ^ 104 + ^On *
В 1997 г. Международный союз теоретической и прикладной химии рекомендовал следующие названия новых элементов: резерфордий (Z = 104), дубний (Z = 105), сиборгий
(Z = 106), борий (Z = 107), хассий (Z = 108) и мейтнерий
(Z = 109).
10°. Тяжелое составное ядро, возбужденное при резонансном захвате нейтрона, может разделиться на две приблизи-
652
ГЛ. VIII. 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
тельно равные части (реакция деления тяжелых ядер). Образовавшиеся части называются осколками деления. Неустойчивости тяжелых ядер относительно деления способствует большое количество в них протонов, испытывающих кулоновское отталкивание друг от друга.
Деление тяжелого ядра на два осколка — экзотермическая ядерная реакция (п. 2°). Это вытекает из сравнения удельных энергий связи в ядрах химических элементов, расположенных в конце и середине периодической системы Менделеева. В реакции деления высвобождается энергия, пропорциональная разности удельных энергий неустойчивого «рыхлого» ядра и двух «упакованных» устойчивых осколков деления. Эта разность составляет 0,9 МэВ на один нуклон (VIII. 1.2.4°). Энергия
238
реакции деления ядра урана 92U, содержащего 238 нуклонов, — величина порядка 200 МэВ. При делении ядер, содер-
235
жащихся в 1 г урана g2U, высвобождается огромная энергия
Q = 8 • IO10 Дж - 22 ООО кВт • ч.
Тяжелые ядра способны к делению, если для них выполня-
О О
ется условие Z /А >17, где Z /А называется параметром деления. Это условие выполняется для всех ядер, начиная с серебра
1^Ag, для которого Z2/A ~ 20. Ядра, для которых Z2/А >
>49 — критический параметр деления, совершенно неустойчивы относительно деления и не могут существовать. Для
элемента Z = 104 Z2/А ~ 41.
При значениях Z2/А < (22/А)крит возможно самопроизвольное (спонтанное) деление ядер, происходящее аналогично а-радиоактивности (VIII.1.5.1°) путем туннельного эффекта (VI. 1.7.2°). Период полураспада (VIII. 1.4.5°) для самопроизвольного деления ядер составляет (1016 -i- IO17) лет.
11°. Осколки деления в момент своего образования обладают избытком нейтронов над протонами. Избыточные нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. Число их может быть различным, и процесс деления ядер сопровождается размножением нейтронов, характеризуемым средним числом (v) возникших нейтронов, приходящихся на
239 235
один акт деления. Для ядер плутония 94Ри и урана 92U, ко-
§ VIII.1.9. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
653
торые делятся под действием тепловых нейтронов, (v) равно соответственно 3,0 и 2,5. Среди нейтронов деления имеются мгновенные (вторичные) и запаздывающие нейтроны. Мгновенные нейтроны испускаются непосредственно при делении ядра за время порядка IO-14 с. Запаздывающие нейтроны испускаются продуктами деления спустя некоторое время после деления.
12°. Если каждый из мгновенных нейтронов, возникших в реакции деления (п. 11°), взаимодействуя с соседними ядрами делящегося вещества, вызывает в них реакцию деления, то происходит лавинообразное нарастание числа актов деления — цепная реакция деления. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов.
Коэффициентом размножения нейтронов k называется отношение числа нейтронов, возникающих в некотором звене реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем звене. Условие развития цепной реакции: k > 1. Практическая возможность существования цепных реакций деления доказана развитием ядерной энергетики — областью техники, в которой созданы различные типы ядерных реакторов — устройств, где реализованы управляемые цепные реакции.
13°. Рассмотренные в п. 6° в) реакции синтеза ядер трития и гелия из ядер дейтерия являются вторым путем выделения