Реакции деления ядра

Тяжелое компунд-ядро, возбужденное при резонансном захвате нейтрона, может разделиться на две приблизительно равные части (реакция деления тяжелых ядер). Образовавшиеся части называются осколками деления. Нустойчивость тяжелых ядер обусловлена взаимным оттлакиванием большого числа протонов, находящихся в ядрах.

Пример реакции деления:

+ → + +2

Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением энергии пордяка 1МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что удельная энергия связи для ядер массы составляет примерно 8,7МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6МэВ (см. рисунок) Например, при делении ядра урана , содержащего 238 нуклонов, выделяется энергия порядка 200МэВ.

В основу теории деления атома ядер положена капельная модель ядра. Ядро рассматривается как капля электрически заряженной несжимаемой жидкости (а) с плотностью, равной ядерной, и подчинающейся законам квантовой механики. При захвате нейтрона устойчивость такой заряженной капли нарушается, ядро приходит в колебания – попеременно, то вытягивается, то сжимется.

Вероятность деления ядер определяется энергией активации – минимальной энергией, необходимой для осуществления реакции деления ядра. При энергиях возбуждения меньших чем энергия активации деления, деформация ядра-капли не доходит до критической (б), ядро не делится и возвращается в основное энергетическое состояние, испустив γ-квант.

При энергиях возбуждения больше энергии активации деления деформация капли достигает критического значения (в) образуется и удлиняется «перетяжка» в капле (г) и наступает деление (д).

Тяжелые ядра способны к делению, если для них выполняется условие Z²/А≥17, где Z²/А – параметр деления. Это условие выполняется для всех ядер, начиная с серебра А, для которого Z²/А ≈ 20.

Критическим параметром деления называется параметр (Z²/А)_крит = 49. Ядра с параметром деления большим критического Z²/А>49 совершенно неустойчивы относительно деления. Такие ядра, если бы они возникли, мгновенно претерпевали бы деление за времена порядка 10^-23-10^-24с.

При Z²/А<49 возможно самопроизвольное (спонтанное) деление ядер, происхоядщее аналогично α-распаду за счет туннельного эффекта,. Однако период полураспада для спонтанного деления ядер составляет 10^-16-10^-17 лет.

Осколки деления в моент своего образования обладают избытком нейтронов, поскольку для средних ядер число протонов прибилизительно равно числу нейтронов (N/Z ≈1), а для тяжелых ядер число нейтронов значительно превышает число протонов (N/Z≈1,6). Избыточные нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. В среднем на каждый акт деления приходится 2,5 испущенных нейтрона. Большинство из них испускается практически мгновенно (t≤10^-14с) – мгновенные нейтроны, а часть (~0,7%) спустя некоторое время после деления (0,05с≤t≤60с) – запаздывающие нейтроны.