Реакция деления ядра

Деление тяжелых ядер под действием нейтронов (а впоследствии оказалось и других частиц) на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.Особенность деления ядер — испускание двух-трех вторичных нейтро­нов, называемых нейтронами деления.

Для тяжелых ядер число нейтронов значительно превышает число протонов (N/Z=1,6). 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 оказываются радиоактивными. Они могут претерпеть ряд β^- -превращений, сопровождаемых испусканием γ-квантов.

Например, при делении ядра урана

осколок деления в результате трех актов β^- -распада превращается в стабильный изотоп лантана La:

Осколки деления разнообразны, поэтому приведенная реакция — не единственная.

В среднем на каждый акт деления приходится 2,5 испущенных нейтрона (большинство из них испускается практически мгновенно (t ≤10^-14 с)) — мгновенные нейтроны, а часть (~0,7%) спустя некоторое время после деления (0,05 с ≤ t ≤ 60 с) — запаздывающие нейтроны.

Расчеты показывают, что деление ядер должно сопровождаться выделе­нием большого количества энергии. В самом деле, удельная энергия связи для ядер средней части периодической системы элементов Менделеева составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ.Следовательно, при делении тяжелого ядра на два осколка должна освобождаться энергия, равная примерно 1,1 МэВ на нуклон, что и подтверждается экспериментами.

Вероятность деления ядер определяется энергией активации — мини­мальной энергией, необходимой для осуществления реакции деления ядра. Так, тепловыми нейтронами делятся ядра

Ядерная реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты реакции называется цепной реакцией деления

Отношение числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыду­щем поколении, называемое коэффициент размножения нейтронов зависит от природы делящегося вещества, а для данного изотопа — от его количества, размеров и формы активной зоны (пространство, где происходит цеп-ная реакция).

Для развития цепной реакции необходимо, чтобы

коэффициент размножения нейтронов к ≥1.При этом должны быть созданы, так называемые критические размеры(минимальные размеры активной зоны, при которой возможно осуществле­ние цепной реакции) и критическая масса(минимальная масса делящегося вещества в системе критических размеров, необходимая для осуществления, цепной реакции).

Скорость развития цепной реакции

Пусть Т— среднее время жизни одного поколения, N— число нейтронов в данном поколении. В следующем поколении их число равно Ш, т. е. число нейтронов за одно поколение

Скорость нарастания цепной реакции

где N₀ и N —- соответственно число нейтронов в начальный момент времени и в момент времени t.

Cамоподдерживающаяся реакция это реакция, при которой число нейтронов с течением времени не изменя­ется (при к = 1).

Развивающаяся реакция это реакция, при которой число делений непрерывно растет, и реакция мо­жет стать взрывной (при к > 1).

Затухающая реакция это реакция, при к <1

Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые