Ядерні реакції

У попередньому аркуші ми неодноразово говорили про розщеплення атомного ядра на складові частини. Але як цього домогтися в дійсності? У результаті яких фізичних процесів можна розбити ядро?

Спостереження радіоактивного розпаду в мінливих зовнішніх умовах – а саме, при різних тисках і температурах, в електричних і магнітних полях – показали, що швидкість радіоактивного розпаду від цих умов не залежить. Ніяких перетворень хімічних елементів один в одного всі ці фактори викликати не здатні. Очевидно, зміни енергії тут занадто малі, щоб вплинути на атомне ядро ​​- так вітер, що обдуває цегляний будинок, не в змозі його зруйнувати.

Але зруйнувати будинок можна артилерійським снарядом. І Резерфорд в 1919 році вирішив скористатися найбільш потужними «снарядами», які були тоді в розпорядженні. Це були а-частинки, що вилітають з енергією близько 5 МеВ при радіоактивному розпаді урану. (Як ви пам’ятаєте, це ті самі снаряди, якими він вісім років тому бомбардував лист золотої фольги в своїх знаменитих дослідах, що породили планетарну модель атома.)

Правда, перетворень золота в інші хімічні елементи в тих експериментах не спостерігалося. Ядро золота 197Au саме по собі досить міцне, та й до того ж містить досить багато протонів; вони створюють сильне кулоновское поле, відразливе а-частинку і не підпускали її занадто близько до ядра. А адже для розбивання ядра а-снаряд повинен зблизитися з ядром настільки, щоб включилися ядерні сили! Що ж, раз велику кількість протонів заважає – може, взяти ядро ​​легше, де протонів мало?

Стало ясно, що для вивчення ядерних реакцій потрібно розташовувати частинками-снарядами високих енергій. Таку можливість дають прискорювачі елементарних частинок. Прискорювачі мають два серйозні переваги перед природними «радіоактивними пушками».

  • 1. У прискорювачах можна розганяти будь заряджені частинки. Особливо це стосується протонів, які при природному розпаді ядер не з’являються. Протони хороші тим, що несуть мінімальний заряд, а значить – відчувають найменшу кулонівське відштовхування з боку ядер-мішеней.
  • 2. Прискорювачі дозволяють досягти енергій, на кілька порядків перевищують енергію а-частинок при радіоактивному розпаді. Наприклад, у Великому адронному колайдері протони розганяються до енергій в кілька ТеВ; це в мільйон разів більше, ніж 5 МеВ у а-частинок в реакції (6.29), здійсненої Резерфордом.
Посилання на основну публікацію