ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ
АТОМНА І ЯДЕРНА ФІЗИКА
Розділ 5 Атомна і ядерна фізика
§ 50. ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ
Попередньо ми з’ясували, що внаслідок взаємодії частинок відбуваються реакції, які отримали назву ядерних.
Зміна атомних ядер внаслідок їх взаємодії з елементарними частинками і між собою називається ядерною реакцією.
Ядерні реакції відбуваються тоді, коли частинки впритул наближаються до ядра і потрапляють у сферу дії ядерних сил. Однойменно заряджені частинки взаємно відштовхуються. Тому зближення позитивно заряджених частинок з ядрами (чи
Для здійснення ядерних реакцій вони ефективніші, ніж а-частинки, що їх випромінюють природні радіоактивні елементи. їм можна надати значно більшої енергії (порядку 105 МеВ), ніж та, яку мають а-частинки (максимально 9 МеВ). Можна використати також протони, які не з’являються в процесі радіоактивного розпаду. А також можна прискорити ядра, важчі, ніж ядра Гелію.
Першу штучну ядерну реакцію
Перше перетворення атомних ядер за допомогою протонів великої енергії, добутих на прискорювачі, було здійснене в 1932 p., коли вдалося розщепити Літій на дві а-частинки:
Мал. 209
Як видно на фотографії треків у камері Вільсона (мал. 209), ядра Гелію розлітаються в різні боки вздовж однієї прямої відповідно до закону збереження імпульсу (імпульс протона значно менший від імпульсів а-частинок, що виникають).
У розглянутій ядерній реакції кінетична енергія двох утворених ядер Гелію виявилась більшою від кінетичної енергії протона, який вступив у реакцію, на 7,3 МеВ. Перетворення ядер супроводжується зміною їх внутрішньої енергії (енергія зв’язку). У реакції питома енергія зв’язку в ядрах Гелію більша від питомої енергії зв’язку в ядрі Літію. Тому частина внутрішньої енергії ядра Літію перетворюється в кінетичну енергію р-частинок, які розлітаються.
Зміна енергії зв’язку ядер означає, що сумарна енергія спокою частинок і ядер, які беруть участь у реакціях, не залишається сталою. Адже енергія спокою ядра Мяс2 відповідно до формули Езв = ∆Mс2 =(Zmп +Nmн – Мя)с2 посередньо виражається через енергію зв’язку. За законом збереження енергії зміна кінетичної енергії в процесі ядерної реакції дорівнює зміні енергії спокою ядер і частинок, які беруть участь у реакції.
Енергетичним виходом ядерної реакції називається різниця енергії спокою ядер і частинок до реакції і після реакції.
Отже, енергетичний вихід ядерної реакції дорівнює також зміні кінетичної енергії частинок, що беруть участь у реакції.
Відкриття нейтрона було поворотним пунктом у дослідженні ядерних реакцій. Оскільки нейтрони не мають заряду, то вони без перешкод проникають в атомні ядра і спричинюють їх перетворення.
Наприклад, спостерігається така реакція:
Відомий італійський фізик Е. Фермі, який першим почав вивчати реакції, що спричиняються нейтронами, виявив наступне: ядерні перетворення зумовлюються навіть повільними нейтронами. Причому ці повільні нейтрони здебільшого навіть ефективніші, ніж швидкі. Тому швидкі нейтрони доцільно спочатку сповільнювати. Сповільнюються нейтрони до теплових швидкостей у звичайній воді. Цей ефект пояснюється тим, що у воді є багато ядер Гідрогену – протонів, маса яких майже дорівнює масі нейтронів. А під час зіткнення куль однакової маси найбільш інтенсивно передається кінетична енергія. Під час центрального зіткнення нейтрона з протоном, що перебуває в стані спокою, він повністю передає протону свою кінетичну енергію.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...