Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
902
VII3. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
энергиях нейтронов порядка сотых долей эВ. Реакции с нейтронами при малых энергиях идут с образованием составного ядра и являются резонансными. Распространенной реакцией для медленных нейтронов на ядрах, за исключением самых легких, является радиационный захват нейтронов протонами ядер (п, у), в результате которого составного ядра не образуется, а ядро возвращается из возбужденного в основное состояние, испустив у-кванг. Наряду с радиационным захватом нейтронов происходит их испускание с первоначальной энергией (упругое рассеяние нейтронов). Для быстрых нейтронов имеет место неупругое их рассеяние с испусканием гамма-квантов (п, пу). Нейтроны также вызывают реакции деления ядер.
8°. При взаимодействиях ядер с налетающими гамма-квантами происходит фотоядерная реакция (ядерный фотоэффект). Виды этой реакции: испускание ядром протона, нейтрона, а также деление (фотоделение) ядер. Одной из распространенных реакций является фоторасщепление дейтрона: d + у-* п+р, которое становится возможным, когда энергия гамма-кванта превысит энергию связи протона и нейтрона в дейтроне (2,23 МэВ). Ядерный фотоэффект объясняется с помощью представления о составном ядре, возбужденном поглощением гамма-кванта. В этой реакции наиболее вероятно испускание нейтрона. Наряду с этим (для тяжелых ядер) существует процесс выбивания протона из ядра прямым «ударом» гамма-квантов, при котором вылетающий протон забирает почти всю энергию у-кванта (прямой ядерный фотоэффект). Эффективные сечения фотоядерных реакций характеризуются очень широким максимумом в области энергий Ey = 10—20 МэВ почти для всех ядер (так называемый гигантский резонанс). При Еу> 2 тпс2, Еу> 2тр пс2 происходят реакции фоторождения мезонов, нуклонов и т. д. (тп — масса покоя я-мезона, тр^ п — масса покоя нуклона). Область фоторождения соответствует энергиям IO8—IO9 эВ.
9°. Делением (вынужденным делением) атомного ядра называют распад возбужденного составного ядра на 2 (значительно реже на 3) близких по массе ядра — осколка деления. Реакция деления под действием нейтронов становится энергетически выгодной для средних
VII.3 г. ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ
903
и тяжелых ядер с массовым числом А > 100. Неустойчивость таких ядер относительно деления связана с большим количеством содержащихся в них протонов и соответственно значительными силами кулоновского отталкивания (особенно вблизи границ ядра). Вследствие этого отталкивания потенциальный барьер, который нужно преодолеть при делении составного ядра, имеет небольшую высоту, равную _Еакт и называемую энергией активного деления ядра. Такую энергию возбуждения должно получить ядро, поглощая нейтрон, для того, чтобы осуществить деление. Энергия возбуждения ядра равна сумме кинетической энергии налетающего нейтрона и его энергии связи Ecb в составном ядре. Энергия активации -Ebkt убывает с увеличением
так называемого параметра делимости Z2IA, где А и Z — зарядовое и массовое числа ядра. Энергия Ecb зависит от четности ядра. Поэтому кинетическая энергия нейтронов, необходимая для осуществления деления ядра и равная ЕЯКТ — Есв, может заметно отличаться у разных изотопов одного и того же химического элемента.
У сверхтяжелых ядер (например, у ядер урана) энергия Eiikt столь мала, что возможно самопроизвольное (спонтанное) деление ядер, не связанное с какими-либо внешними воздействиями и осуществляющееся путем туннельного эффекта.
10°. В рамках обобщенной модели ядра деление ядра рассматривается как результат такой деформации ядерной поверхности, при которой возникает ее неустойчивость, приводящая к возникновению «перетяжки» и последующему отделению друг от друга двух и более частей ядра по разные стороны «перетяжки» (подобно дроблению жидкой капли). Капельная модель ядра приводит к следующему условию, определяюще-
Z2
му возможность деления ядра: — > 17. Это условие вы-
A
, 108.
полняется для всех ядер, начиная с серебра 47Ag , для
которого параметр деления ~ 20. Из обобщенной модели следует, что ядра совершенно неустойчивы относительно деления и не могут существовать в природе, если
904
VII.3. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
7 7
их параметр — > —- {критическое значение парамет-
А Акр
ра деления). По разным оценкам —¦ = 45—49.
-^¦кр
Энергетическая неустойчивость тяжелых ядер по отношению к делению связана с тем, что удельная энергия связи в тяжелых ядрах составляет ~ 7,6 МэВ, в то время как для ядер атомов середины Периодической системы энергия связи на один нуклон —8,7 МэВ.
11°. Наиболее вероятным в реакции деления является деление ядра на две части. При делении тепловыми нейтронами и спонтанном делении отношение масс осколков примерно 3:2. Вероятность деления ядра на три части составляет 10 2—IO-6 от вероятности деления на две части. Деление ядра на еще большее число частей имеет пренебрежимую вероятность при обычных энергиях частиц. Одновременно с делением тяжелого ядра на 2 осколка из ядра вылетает несколько нейтронов, называемых мгновенными нейтронами. Оба ядра-осколка перегружены нейтронами и в момент образования находятся в сильно возбужденных состояниях. Поэтому они испытывают несколько последовательных Р+-распадов, а также испускают сравнительно небольшое число так называемых запаздывающих нейтронов (для урана они составляют около 1% от всех нейтронов деления).
