Реакция деления ядра

Реакция деления ядер урана при бомбардировке их нейтронами была открыта в 1939 г. Было установлено, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины периодической таблицы – лантан и барий. При делении одного ядра урана освобождается около 200 МэВ энергии: на кинетическую энергию движения ядер-осколков приходится примерно 165 МэВ, остальную энергию уносят g-кванты. Выход энергии при делении всех ядер 1 кг урана составляет 80 тысяч миллиардов джоулей. Это в несколько миллионов раз больше, чем энергия, которая выделяется при сжигании 1 кг каменного угля или нефти.

Деление ядер сопровождается испусканием двух-трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления. В среднем на один акт деления приходится 2,5 нейтронов. Среди нейтронов деления имеются мгновенные (возникшие через 10^-14 с) и запаздывающие нейтроны. Образовавшиеся осколки деления перегружены нейтронами, в результате чего они и выделяют нейтроны деления. Однако испускание нейтронов деления не устраняет полностью перегрузку ядер-осколков нейтронами. Это приводит к тому, что осколки также могут претерпеть ряд b^––превращений, сопровождаемых испусканием g-квантов, после которых образуется стабильный изотоп. Например, при делении ядра урана : (24.1)

осколок деления в результате трех актов b^––распада превращается в стабильный изотоп лантана :

.

Осколки деления могут быть разнообразными, поэтому реакция (24.1) не единственная приводящая к делению урана . Возможны, например, реакции:

или

Кроме урана под действием нейтронов делятся атомы , протактиния , плутоний . Причем ядра урана , плутония делятся под действием нейтронов с любой энергией, но особенно хорошо под действием медленных (или тепловых) нейтронов, энергия которых порядка 1МэВ. Ядра же делятся только быстрыми нейтронами, энергия которых может иметь значения от нескольких МэВ до 50 МэВ.

В основу теории деления атомных ядер (Н.Бор, Я.И.Френкель) положена капельная модель ядра. Ядро рассматривается как капля электрически заряженной несжимаемой жидкости, частицы которой при попадании нейтрона в ядро приходят в колебательное движение, в результате чего ядро разрывается на две части, разлетающиеся с огромной энергией.

Испускание мгновенных нейтронов при делении тяжелых ядер делает возможной цепную реакцию. Каждый из мгновенных нейтронов, возникающих в реакции деления, взаимодействуя с соседними ядрами делящегося вещества, вызывает реакцию деления. При этом идет лавинообразное нарастание числа актов деления, которое также объясняется на основе капельной модели строения ядра.