Деление ядер

Изучение взаимодействия нейтронов с веществом привело к открытию ядерных реакций нового типа. В 1939 г. О. Ган и Ф. Штрассман исследовали химические продукты, получающиеся при бомбардировке нейтронами ядер урана. Среди продуктов реакции был обнаружен барий химический элемент с массой много меньше, чем масса урана. Задача была решена немецкими физиками Л. Мейтнерома и О. Фришем, показавшими, что при поглощении нейтронов ураном происходит деление ядра: 92U + n → 56Ba + 36Kr + k∙n, k > 1.

Деление ядер – лишь один из множества процессов при взаимодействии нейтронов с ядрами. Деление урана называется присоединением к ядру урана с массовым числом A нейтрона и образование составного ядра. Этот процесс изображен на рисунке 4.8. или здесь (процесс деления ядра, представленный на картинке по последней ссылке скорее гипотетический, т.к. при делении образуется, как правило, два осколка). Деление ядра на три и более осколков может проходить при очень больших энергиях налетающих частиц, что практически встречается очень редко. Нас будет интересовать процесс деления ядра U-235 под действием тепловых нейтронов.

Необходимо отметить, что U-238 не может делиться тепловыми нейтронами, несмотря на то что его в естественной смеси более 99%. U-238 является сырьевым нуклидом и при взаимодействии с тепловым нейтроном происходить наработка Pu-239 (вторичное ядерное топливо).

Энергетически выгодно деление тяжелых ядер с массовым число A > 90. Этот вывод можно сделать анализирую зависимость изображенной на рисунке 2.2., оттуда также следует, что энергия деления растет с ростом A.

При делении ядер образуются осколки деления A₁, A₂, мгновенные нейтроны, γ-излучение, продукты радиоактивного распада осколков, β-, γ-излучение осколков и продуктов их распада, антинейтрино, запаздывающие нейтроны. Спектр осколков деления имеет два максимума: в области атомных масс 90 и 140. Некоторые из осколков, например Xe¹³⁵ и Sm¹⁴⁹, обладают большим сечением поглощения тепловых нейтронов и поэтому вредны, другие же, например Br⁸⁷, оказывают благотворное влияние на ход цепной реакции деления, являясь источниками дополнительных, т.н. запаздывающих нейтронов.

Схема деления ядра урана.