Ядерні реакції

Ядерні реакції — це процеси, що йдуть при зіткненні ядер або елементарних частинок з іншими ядрами, у результаті яких змінюються квантовий стан і нуклонный складу вихідного ядра, а також з’являються нові частинки серед продуктів реакції.

При цьому можливі реакції ділення, коли ядро одного атома в результаті бомбардування (наприклад, нейтронами) ділиться на два ядра різних атомів. При реакціях синтезу відбувається перетворення легких ядер у більш важкі.

Штучне перетворення атомних ядер. Вперше в історії людства штучне (цілеспрямоване) перетворення ядер здійснив Резерфорд в 1919 р. Бомбардуючи α-частинками великої енергії, що виділяється радієм, ядра атома азоту Фізика атомного ядра Ядерні реакції, Резерфорд виявив появу протонів — ядер атома водню. В перших дослідах реєстрація протонів проводилася методом

сцинтиляцій, пізніше більш точно — в камері Вільсона. При цьому ядро атома азоту перетворюється в ядро ізотопу кисню:

Фізика атомного ядра Ядерні реакції

Іншими дослідниками були виявлені перетворення під впливом α-частинок ядер фтору, натрію, алюмінію та ін., що супроводжуються випусканням протонів. Ядра важких елементів не зазнавали перетворень. Очевидно, що їх великий електричний заряд не дозволяв α-частинки наблизитися до ядра впритул.

Ядерна реакція на швидких протонах.

Для здійснення ядерної реакції необхідно наближення частинок впритул до ядра, що можливо для часток з дуже великою енергією (особливо для позитивно заряджених частинок, які відштовхуються від ядра). Така енергія (до 105 Мев) повідомляється у прискорювачах заряджених частинок, протонів, дейтронам та ін. часткам. Цей метод набагато ефективніше, ніж використання ядер гелію, що випускаються радіоактивним елементом (енергія яких становить близько 9 Мев).

Перша ядерна реакція на швидких протонах була здійснена в 1932 р. Удалося розщепити літій на дві α-частинки:

Фізика атомного ядра Ядерні реакції

Ядерні реакції на нейтронах.

Відкриття нейтронів стало поворотним пунктом у дослідженні ядерних реакцій. Позбавлені заряду нейтрони безперешкодно проникають в атомні ядра і викликають їх зміни, наприклад:

Фізика атомного ядра Ядерні реакції

Великий італійський фізик Енріко Фермі виявив, що повільні нейтрони (окаю 104 ев) більш ефективні в реакціях ядерних перетворень, ніж швидкі нейтропы (близько 105 ев). Тому швидкі нейтрони уповільнюють у звичайній воді, яка містить велику кількість ядер водню — протонів. Ефект уповільнення пояснюється тим, що при зіткненні куль однакової маси відбувається найбільш ефективна передача енергії.

Закони збереження заряду, масового числа і енергії.

Численні експерименти по різного роду ядерних взаємодій показали, що у всіх без винятку випадках зберігається сумарний електричний заряд частинок, що беруть участь у взаємодії. Іншими словами, сумарний електричний заряд частинок, що вступають в ядерну реакцію, дорівнює сумарним електричним зарядом продуктів реакції (як це і слід очікувати згідно закону збереження заряду для замкнутих систем). Крім того, у ядерних реакціях звичайного типу (без освіти античастинок) спостерігається збереження масового ядерного числа (тобто повного числа нуклонів).

Сказане підтверджується усіма наведеними вище типами реакцій (суми відповідних коефіцієнтів при ядрах з лівої і правої сторін рівнянь реакції дорівнюють), див. табл.

Фізика атомного ядра Ядерні реакції

Обидва закони збереження відносяться також і до ядерних перетворень типу радіоактивних розпадів.

В відповідності з законом збереження енергії зміна кінетичної енергії в процесі ядерної реакції дорівнює зміні енергії спокою беруть участь у реакції ядер і частинок.

Енергетичним виходом реакції називається різниця енергій спокою ядер і частинок до реакції і реакції. Відповідно до сказаного раніше, енергетичний вихід ядерної реакції також дорівнює зміні кінетичної енергії часток, що беруть участь у реакції.

Якщо кінетична енергія ядер і частинок після реакції більше, ніж до реакції, то кажуть про виділення енергії, в іншому випадку – про її поглинання. Останній випадок здійснюється при бомбардуванні азоту α-частинками, частина енергії переходить у внутрішню енергію новоутворених ядер. При ядерній реакції кінетична енергія утворилися ядер гелію на 17,3 Мев більше кінетичної енергії вступаючого в реакцію протона.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Маса тіла. Одиниці маси