КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

3. АТОМ И АТОМНОЕ ЯДРО

3.9. ЧАСТИЧНОЕ ОСВОБОЖДЕНИЕ ВНУТРИЯДЕРНОМ ЭНЕРГИИ ПРИ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ

Элементы, расположенные в средней части таблицы Менделеева, имеют большую удельную энергию связи ядер. Энергия освобождается при соединении легких ядер или при делении тяжелых (рис. 5).

Рис. 5

Термоядерный синтез легких ядер происходит при температурах в десятки миллионов градусов. Энергия, выделяется при этом (ядерная реакция экзотермическая),- это кинетическая

энергия образованных ядер и частиц и сопровождается γ-излучения:

выделяется 17,6 Мэв;

выделяется 14,6 Мэв.

Выделяющаяся энергия равна произведения величины дефекта массы ядерной реакции на квадрат скорости света:

Дефект массы ядерной реакции - это разница между суммой масс покоя ядер и частиц до и после ядерной реакции. При ендотермічній ядерной реакции дефект масс отрицательный Δm 0 (поглощение энергии), при екзотермічній - Δm > 0.

Ядерные реакции особенно легко обусловлены медленными нейтронами, которые из-за отсутствия заряда свободно проникают в атомные ядра и вызывают их преобразования.

Например, ядро Урана-235 при захвате нейтрона расщепляется на два осколка Х₁ и Х₂; образуются 1-3 нейтроны:

выделяется примерно 200 Мэв энергии.

Здесь X₁ и Х₂ - радиоактивные изотопы.

Осколки - это разные ядра радиоактивных изотопов. При распаде (делении) определенного элемента возможно образования любой пары различных осколков с разным числом нейтронов:

Zr и То, Хе и Sr, Sb и Nb и другие.

²³⁵₉₂U захватывает только медленные (тепловые) нейтроны.

При определенных условиях каждый уволен в результате расщепление тяжелого ядра нейтрон может быть захвачен ядром ²³⁵₉₂U и освободить еще 2-3 нейтроны. Если процесс повторяется, может возникнуть цепная ядерная реакция.

Коэффициент размножения нейтронов - это отношение числа нейтронов, уволенных при делении ядра, к числу нейтронов, вызывающих разделение в данной массе ядерного горючего.

Для протекания цепной реакции необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов в данной массе урана был k ≥ 1.

Цепная реакция в ²³⁵₉₂U и ²³⁹₉₄Гu осуществляется в атомных бомбах, где критическая масса радио активного вещества обусловливает k ≥ 1,01, то есть ядерный взрыв.

В реакторах на атомных электростанциях осуществляется управляемая ядерная реакция (k = 1). Замедлителем нейтронов в урано-графитовом реакторе является графит (или тяжелая вода).

Энергия выделяется при расщеплении ²³⁵₉₂U.

В топливе ядерных реакторов количество ²³⁵₉₂U меньше, чем количество ²³⁸₉₂U, который, захватывая медленный нейтрон, превращается в Плутоний ²³⁹₉₄Гu:

Управляют реакцией введены в реактор стержни из бора или кадмия, которые поглощают тепловые нейтроны.

В реакторе на быстрых розмножувачі нейтронах с 1 кг ²³⁵₉₂U получают 1,5 кг плутония.