5.5. Ядерные реакции



Явление самопроизвольного превращения неустойчивых ядер атомов в ядра других атомов с испусканием частиц и излучением энергии называется естественной радиоактивностью. Почти 90 % известных ядер нестабильны. Радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно заряженные (α-частицы – ядра гелия), отрицательно заряженные (β-частицы – электроны) и нейтральные (γ-частицы – кванты коротковолнового электромагнитного излучения). Магнитное поле позволяет разделить эти частицы.

Рисунок 5.5.1.
Схема опыта по обнаружению различных видов радиоактивного излучения. Ф – фотопластинка, – магнитное поле.

Заряженные частицы регистрируются различными приборами: сцинтилляционными счетчиками, счетчиками Гейгера, камерами Вильсона и т. п.

Радиоактивные превращения ядер разделяют на два основных типа.

Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:
 Mя < Zmp + Nmn. 
Разность этих масс называется дефектом массы:
 ΔM = Zmp + Nmn – Mя. 

Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергию связи можно определить по дефекту массы по формуле
 Eсв = ΔM·c2. 

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре, называется удельной энергией связи.

Она максимальна у атомных ядер элементов в средней части таблицы Менделеева с массовыми числами A приблизительно от 40 до 100.

Рисунок 5.5.2.
Удельная энергия связи.

Существует два способа освобождения энергии ядра – синтез легких ядер и деление тяжелых ядер.

 

Ядерной реакцией называется процесс изменения состава и структуры атомного ядра в результате его взаимодействия с другим ядром или частицей или в результате каких-либо внутренних процессов.

Слияние легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающееся выделением энергии, называется термоядерной реакцией (реакцией термоядерного синтеза). Термоядерные реакции являются основным источником энергии звезд.

Деление атомного ядра – это явление распада ядер на несколько более легких атомных ядер. На основе деления тяжелых элементов (урана и плутония) работают атомные электростанции.

Деление тяжелых ядер может происходить посредством цепной реакции, когда при распаде ядра выделяется частицы (нейтроны), способные вызвать реакцию деления других ядер. Цепные реакции возможны, если масса ядерного топлива превышает минимальную критическую массу.



© Интерактивная физика




Использованы материалы сайта www.physics.ru