Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
результате распада ядра-предшественника, у которого Ti/2 = 55,6 с. Это
время и воспринимается как период полураспада запаздывающих нейтронов.
§75. Спонтанные превращения атомных ядер
387
Наличие запаздывающих нейтронов среди продуктов распада ядер-осколков
оказывается чрезвычайно важным для решения проблемы управления ядерными
реакторами. Без запаздывающих нейтронов среднее время жизни г нейтронов
одного поколения в активной зоне реактора даже в реакторах, работающих на
тепловых нейтронах, не превышало бы 1СГ3 с. Для запаздывающих нейтронов г
~ 13 с. Их влияние сказывается на величине тср, которое может достигать
нескольких секунд, что достаточно для управления работой реактора.
Трансурановые элементы. Трансурановыми называются элементы с Z > 92.
Некоторые изотопы 93NP и 94Р11 в очень небольших количествах сохранились
в земной коре. Изотоп 949Pu (Т1/2 = 24-103 л) удобен для использования в
ядерной энергетике. При взаимодействии нейтронов любой энергии с этими
ядрами (так же, как и с ядрами gjpU), наиболее вероятной оказывается
реакция деления. Поэтому во второй половине XX века изотоп g39Pu
получался искусственно в больших количествах путем облучения нейтронами
урана-238. Ядра 928U с большой вероятностью захватывают нейтроны и
превращаются в -активные ядра 929U. После 2-х последовательных [3~-
распадов (с малыми Xi/2) получаются ядра изотопа д39Ри. Этим же методом
(при наличии нейтронных потоков с большой плотностью) можно получать и
изотопы других элементов с Z > 94. Это изотопы америция gsAm, кюрия 9бСт,
берклия grBk, калифорния geCf, эйнштейния ggEs и фермия iooFm. Среди них
самым долгоживущим является a-активный изотоп g^Am (Ti/2 = 458 л).
Для получения изотопов элементов с Z > 100 мишени из 82?b, 92U и 94PU
облучаются ускоренными а-частицами и многозарядными ионами. Этими
методами были получены изотопы элементов с 101 + 109. Среди них два
элемента названы в честь русских ученых: менделевий ioiMd и курчатовий
104Kb. У большинства синтезированных изотопов преобладают а-распад и
спонтанное деление, причем периоды полураспада обычно равны
миллисекундам, секундам и только в редких случаях - минутам, часам и
более. Оболочечная модель ядра предсказывает существование магических
чисел Np = 114 и Nn = 184. Если это предсказание справедливо, то среди
изотопов с значениями А, близкими к ~ 298, должны существовать "островки
стабильности". Экспериментального подтверждения эта гипотеза пока не
имеет.
Глава 15 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
Ядерными реакциями называют процессы, происходящие между частицами и
ядрами под действием ядерных сил. Частицы, на которые действуют ядерные
силы, называются "ядерноактив-ными". К таким частицам относятся нуклоны,
дейтроны и а-частицы, и все др. атомные ядра.
Гамма-кванты, электроны и нейтрино не являются ядерноактивными частицами.
В этой главе мы будем рассматривать ядерные реакции при энергиях частиц,
не превышающих 10 20 МэВ.
Из всех ядерноактивных частиц только у нейтронов электрический заряд
равен нулю, и они при прохождении через вещества не испытывают
кулоновского взаимодействия ни с электронами, ни с ядрами. Взаимодействие
нейтронов с веществом сводится к их ядерному взаимодействию с ядрами
атомов; результатом этого взаимодействия и являются ядерные реакции.
Заряженные частицы, напротив, при попадании в вещество испытывают
кулоновское взаимодействие, причем в первую очередь с электронами,
которых в веществе в Z раз больше, чем ядер. Взаимодействие с электронами
приводит к возбуждению и ионизации атомов; при этом вдоль траекторий
частиц появляются ионы1, а частицы, передавая небольшими порциями свою
энергию атомам, постепенно затормаживаются. Этот процесс получил название
ионизационного торможения. Пробеги заряженных частиц, т. е. их пути до
полной остановки, зависят и от характеристик частиц (заряда, скорости) и
от свойств вещества. В плотных средах, содержащих атомы с большими Z,
пробеги протонов с энергией ~ 10 МэВ по порядку величины не превышают ~
10-2 см, пробеги а-частиц еще меньше. Вероятность вступления в ядерную
реакцию заряженной частицы, даже еще не потерявшей всей своей энергии на
ионизационное торможение,
Ионизация, возникающая вдоль траектории частиц, используется для их
регистрации с помощью таких приборов, как ионизационная камера,
пропорциональный счетчик, счетчик Гейгера-Мюллера и др.
§76. Основные характеристики ядерных реакций
389
невелика. Ядерные силы в отличие от дальнодействующих электромагнитных
сил - короткодействующие, а подойти на близкое расстояние к ядру
заряженной частице мешает кулоновский потенциальный барьер, и энергия
частицы может оказаться недостаточной для его преодоления. Поэтому
ядерные реакции с участием заряженных частиц происходят редко. Альфа-
частицы, испускающиеся радиоактивными изотопами, могут вступать в ядерные
реакции только с легкими ядрами. Чтобы заряженные частицы могли вызвать
ядерные реакции на средних и тяжелых ядрах, их необходимо "ускорять".
