Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
4.10. искусственная радиоактивность 487
на 29Іи образуется радиоактивный изотоп урана 2IjU. Он испытывает Р_-распад с периодом полураспада 23 минуты и превращается в изотоп трансуранового элемента нептуния 2JSNp:
•gU + in-.*8U~b.*SNp.
23 мин
Ядро изотопа нептуния 2IINp является ^.-радиоактивным с периодом полураспада 2,3 дня и превращается в плутоний 2^Pu:
MNp -Ь* 2KPu.
2,3 дня
5°. Плутоний 2IJPu благодаря эффективному делению под действием тепловых нейтронов (VI.4.11.4°) играет важнейшую роль в получении ядерной энергии. Плутоний 2J^Pu является а-радиоактивным с периодом полураспада 24 ООО лет и превращается в устойчивый изотоп урана 2HU:
2,4-10'лет
6°. Ядерная реакция урана 2^U с нейтроном может происходить по другому каналу (VI.4.8.2°) и приводит к созданию изотопа нептуния 2OINp, являющегося родоначальником одного из радиоактивных семейств (VI.4.5.3°):
2IlU + Jn- 2|72U + 2Jn, 2HU -ІЬ- 2^Np.
6,8 дня
Изотоп нептуния 2IaNp является а-радиоактивным с большим периодом полураспада: 2,21-106 лет.
4.10. Искусственная радиоактивность
Г. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов (VI.4.1.2°), полученных в результате ядерных реакций (VI.4.8.1°). Искусственная радиоактивность связана с нарушением условия устойчивости (стабильности) атомного ядра (VI.4.3.5°).
2°. Легкие ядра (Л<50), в которых искусственно создано избыточное число нейтронов по сравнению с числом протонов, т. е. нарушено условие VI.4.3.5°, являются ?_-радноактивными. Обозначение ?_ указывает на то, что речь идет об испускании такими ядрами электронов. Типичным примером является превращение стабильного изотопа натрия uNa под действием нейтронов в радиоактивный изотоп
488 ОТДЕЛ VI. ГЛ. 4. СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
nNa. Этот изотоп является ?_-радиоактивным и превращается в стабильный изотоп магния J21Mg:
SNa-JJMg+ -Je +ft. +Y-
Процесс происходит с выбросом электрона (_Je), антинейтрино (jjve) (V1.4.7.60) и у-кванта.
3°. Устойчивость стабильного ядра нарушается при введении в него избыточных протонов. При этом возрастает энергия ядра, нарушается условие устойчивости ядра VI.4.3.5° и появляется искусственная ?+-радиоактивность. Так называется искусственная радиоактивность, связанная с выбросом из ядра позитрона (+?е). Позитрон имеет одинаковую с электроном массу покоя, спин, равный Й/2 и положительный элементарный заряд (111.1.1.3°).
Р+-радиоактивный распад происходит в ядре при превращении избыточного протона в нейтрон по схеме
Ip- Jn + >+2ve.
Реакция этого типа сопровождается выбрасыванием нейтрино Sv6 — незаряженной частицы с массой покоя, равной нулю. Необходимость существования такой частицы диктуется теми же соображениями, которые определяют основы теории ?_-естественного радиоактивного распада (VI.4.7.3°—6°). ?+-радиоактивность энергетически оказывается возможной, хотя mv<mn. Необходимую для реакции энергию протон Jp получает при взаимодействии с другими нуклонами ядра.
Примеры искусственной ?+-paAHoaKTHBHOCTH: превращение алюминия ЦА1 в радиоактивный фосфор (радиофосфор) I60P:
r3Al + 2He-^P + Jn, ЦР-+ f4Si + +1°e + gve; образование радиоазота "N из устойчивого изотопа бора
!»B + |Не -> 13N + Jn, '3N -* 12C + +;е + Sv.. 4.11. Деление тяжелых ядер
Г. Тяжелые ядра, перегруженные нейтронами, являются неустойчивыми (неустойчивость тяжелых ядер). Это под* тверждается меньшей удельной энергией связи тяжелых ядер по сравнению с удельной энергией средних ядер (VI.4.2.20).
4.11. ДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР
489
Делением ядра называется ядерная реакция разделения тяжелого ядра (например, урана), возбужденного захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые продуктами деления (осколками). Нуклоны исходного составного ядра (VI.4.8.9°) распределяются между осколками деления в соответствии с законами сохранения электрических зарядов и массовых чисел. При этом возможно высвобождение некоторого небольшого числа нейтронов (п. 5°).
2°. Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением огромной энергии. На один нуклон в акте деления «рыхлого», неустойчивого ядра выделяется энергия, равная разности удельных энергий связи в ядрах — продуктах деления и исходного ядра,т.е.8,7МэВ—7,6МэВ= = 1,1 МэВ (VI.4.2.2°). Всего в ядре урана 2SeU, содержащего 238 нуклонов, при делении выделяется энергия порядка 220 МэВ. При делении ядер, содержащихся в 1 г урана 3UJjU, выделяется энергия 8•1O10 Дж, или 22 ООО кВт-ч.
3°. Основная часть энергии деления выделяется в форме кинетической энергии осколков деления. При расстоянии г между осколками, превышающем радиус действия ядерных сил (VI.4.3.2°, б), потенциальная энергия Л отталкивания
заряженных ядер-осколков равна U=, где Z1C и
Z2e — заряды этих ядер. В момент завершения деления r=R1+R2w2R, где R1 и R2 — радиусы ядер-осколков, равные A=M-IO-1M1'3 (VI.4.1.50). Считая Z!=Z2=92/2=46 и A1=A2=238/2= 119, имеем Я«220 МэВ. Потенциальная энергия П осколков переходит в их кинетическую энергию, и они разлетаются с огромными скоростями.
4°. Некоторые ядра могут делиться под действием как быстрых, так и медленных нейтронов. Медленные нейтроны производят деление более эффективно, так как они гораздо легче захватываются исходными ядрами. Тепловые нейтроны (VI.4.9.2°) вызывают деление ядер плутония 2S4Pu и изотопа урана 2I2U. Энергии, необходимые для деления ядер изотопа урана 2^U, а также ядер изотопов тория и протактиния, существующих в природе, значительно больше и составляют приблизительно 1 МэВ.
