Ядерные реакцииУсловия протекания ядерных реакции.

Открытие явления радиоактивности, экспериментальное доказательство существования атомного ядра, обнаружение частиц, входящих в состав атом­ного ядра, составили новый этап в развитии представлении о строении материи и ее основных свойствах. Однако среди де­сятков замечательных открытий в области физики атомного ядра одно оказалось особенно важным по тем последствиям, к которым привело его использование в практической жизни. Этим откры­тием было осуществление ядерных реакций.

Ядерной реакцией называется превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое ядро, отличное от исходного. В результате осуществления ядер­ной реакции при образовании ядра-продукта могут испускаться частицы или ?-кванты.

Условно ядерная реакция записывается в виде А(а, b)В или A + а - > В + b. где А — исходное ядро, a — бомбардирующая частица, b — испускаемая частица, В — ядро-продукт.

Общим признаком ядерной реакции и радиоактивного распада является превращение одного атомного ядра в другое. По радио­активный распад происходит самопроизвольно, без внешнего воз­действия. Ядерная реакция вызывается воздействием бомбардирующей частицы.

В настоящее время установлено, что ядерные реакции могут происходить с любым атомным ядром как при столкновениях атомных ядер, так и при столкновениях различных частиц с атом­ными ядрами. Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы необходимо, чтобы частица обладала кинетической энергией, достаточной для преодоления действия сил кулоновского отталкивания. Незаряженные частицы, например нейтроны, могут проникать в атомные ядра, обладая сколь угодно малой кинетической энергией.

Для получения пучков заряженных частиц с энергией, до­статочной для проникновения в любое атомное ядро, созданы уско­рители заряженных частиц, в которых с помощью электрических и магнитных полей ядра атомов или электроны разгоняются до энергий от десятков мегаэлектронвольт до сотен гигаэлектронвольт.

Выход ядерной реакции.

Ядерные реакции бывают двух ти­пов, При одних реакциях происходит выделение энергии, на другие требуется затратить энергию.

Используя закон взаимосвязи массы и энергии, можно по разности масс частиц, вступающих в реакцию, и масс частиц, являющихся продуктами ядерной реакции, найти изменение энергии системы частиц. Если сумма масс исходного ядра и частиц, вступающих в ядерную реакцию, больше суммы масс ядра-продукта и испускаемых частиц, т.е. разность масс положительна, то энергия, выделяется. Отрицательный знак разности масс свидетельствует о поглощении энергии.

Энергия, освобождающаяся при ядерной реакции, называется выходом ядерной реакции. 'Выход ядерной реакции обычно лежит в пределах от нескольких мегаэлектронвольт до сотен мегаэлект­ронвольт. Это в миллионы раз превосходит выход энергии при химических реакциях.

Разработка способов получения и использования энергии ядерных реакций — одна из важнейших современных научно-тех­нических проблем. Успешное ее решение может привести к пре­одолению трудностей в обеспечении человечества энергией.

Механизм ядерных реакций.

Согласно представлениям, раз­витым впервые Н. Бором, ядерные реакции при не очень высоких энергиях бомбардирующих частиц протекают в два этапа. Сначала происходит поглощение частицы ядром и образование возбужденного ядра. Энергия распределяется между всеми нукло­нами ядра, на долю каждого из них при этом приходится энергия, меньшая удельной энергии связи, и они не могут покинуть ядро. Нуклоны обмениваются между собой энергией, и на одном из них или на группе нуклонов может сконцентрироваться анергия, достаточная для преодоления сил ядерной связи и освобождения из ядра. Таким образом, испускание частицы ядром происходит подобие испарению молекулы с поверхности капли жидкости. Промежуток времени от момента поглощения ядром первичной частицы до момента испускания вторичной частицы составляет примерно 10-12 с.

Законы сохранения при ядерных реакциях.

При любых ядерных реакциях соблюдаются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда. Действие законов сохранения ограничивает возможные варианты ядерных реак­ций и позволяет предсказать возможные варианты ядерных пре­вращений.

Закон сохранения момента импульса в применении к атомным ядрам принимает форму закона сохранения спина. Собственный момент импульса любого атомного ядра — спин — в единицах h выражается полуцелым или целым числом. При любых ядерных реакциях сумма спинов частиц до и после реакции сохраняется.

Так как все ядра и частицы, участвующие в реакциях несут на себе электрический заряд, кратный или равный элементарному заряду, то говорят о законе сохранения зарядового числа. Далее будут рассмотрены и другие законы сохранения.



Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+