Спонтанное деление

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Ядерная физика
CNO Cycle.svg
Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция

Спонтанное деление — физический процесс, представляющий собой самопроизвольный распад тяжёлых атомных ядер на два (реже три и четыре) осколка-ядра элементов середины периодической системы элементов.

Немного истории[править]

Истории открытия деления ядер тяжелых элементов имеет множество неожиданных поворотов. С течением времени судьбы этих открытий (закономерностей) в последствии были поняты.

В 1932 году Дж. Чадвиком был открыт нейтрон. После этого во многих научных лабораториях начали изучать процессы их взаимодействия с ядрами. В Италии Энрико Ферми, бомбардируя уран нейтронами, обнаружил, что радиоактивности мишени возрастало в сотни раз. При этом он был уверен, что при этом создаются новые трансурановые элементы. (Хотя Ида Ноддак в 1934 году выдвинула гипотезу: при бомбардировке тяжелых ядер исследуемое ядро распадается на несколько крупных кусков, которые, несомненно, должны быть изотопами известных элементов, подвергнутых облучению!). Ферми, Отто Ган и Лиза Мейтнер эту гипотезу не приняли всеръёз, изучая в течение нескольких лет также «трансурановые» элементы.

Ирен Жолио-Кюри, проводившая эксперименты совместно с югославом Павле Савичем, объявили о появлении в уране вещества, аналгичное лантану.

В конце 1938 года при проверке данного сообщщения Отто Ган и Фриц Штрассман в Германии получили неожиданный результат: при бомбардировке урана нейтронами образуется барий!, масса которого вдвое меньше массы урана. Обескураженные этими анализами, они в статье, посвященной проведенным исследованием написали: Как химики, мы должны подтвердить, что это новое вещество является не радием, а барием... Как физики, знакомые со свойствами ядра, мы не можем, однако, решиться на такое утверждение, противоречащее предшествующему опыту ядерной физики.

В 1939 году в институте Нильса Бора в Копенгагене в журнале "Nature" появилась статья Отто Фриша, в которой впервые появилось выражение деление ядер. Поводом послужило сходство картины перестройки ядра с процессом деления, которым размножаются бактерии.

Сообщение Гана и Штрассмана было вначале было встречено недоверчиво, сами же результаты вызывали недоумение.

До этого экспериментаторы при бомбардировках ядра частицами из ускорителей обнаруживали, что для вырывания из ядра одного или двух нуклонов требуется огромная энергия в миллионы электронвольт. А для того, чтобы вызвать деление тяжелого ядра, потребуются сотни миллионов электронвольт. В то же время из результатов Гана и Штрассмана следовало, что для деления ядра урана достаточно сообщить ему энергию в 6 МэВ!, которую легко получить добавлением одного нейтрона. Если сравнить ,то это твердый камень раскалывался бы от постукивания палочкой.

В 1940 году, через два года после открытия Гана и Штрассмана, Г.Н. Флеров и К.А. Петржак открыли, что ядра урана могут делиться самопроизвольно — спонтанно . Период полураспада спонтанного деления урана 238U оказался равным \(~8.10^{15}\)лет.[1]

Спонтанное деление тяжёлых ядер[править]

Рис.1,Спонтанное деление ядер

Тяжелые ядра могут делиться спонтанно, т.е. самопроизвольно. Силы, действующие в атомных ядрах, отличаются, от сил в капле воды. В простейшей модели жидкой капли ядро представляется в виде сферы с электрическим зарядом, равномерно распределенным по всему объему. Когда ядро 235U поглощает нейтрон, приобретенная энергия может пойти либо на возбуждение нуклонов сферического ядра, либо на его деформацию, при которой сами нуклоны остаются невозбужденными. В итоге при деформации ядро удлиняется вплоть до седловой точки, в которой силы отталкивания между зарядами на концах вытянутого ядра становятся больше, чем притягивающие ядерные силы. В дальнейшем при деформации ядро делится на два осколка. В силу электростатических сил отталкивания они разлетаются с 1/30 скорости света и тем самым происходит превращение энергии деления в кинетическую энергию осколков ядра. Дальше деформированные в момент деления осколки приобретают форму сферы, а избыточная энергия уносится нейтронами и гамма-лучами.

На модели жидкой капли видно, почему тяжелые ядра делятся чаще легких. Т.е. чем больше протонов в ядре, тем больше силы отталкивания между концами деформированного ядра что требует меньше дополнительной энергии для такого процесса деления.

Процесс деления является чисто квантово-механическим. Если изобразить на графике зависимость энергии ядра от его деформации (рис. 1), то видно, что, хотя энергетически выгодно тяжелому ядру разделиться, этому препятствует так называемый барьер деления. Или можно сказать, что при начальной деформации ядра его энергия повышается и потому ядру невыгодно становиться деформированным. Однако в квантовой механике процесс туннелирования сквозь барьер возможен. Откуда есть конечная вероятность спонтанного деления тяжелых ядер в единицу времени, причем чем выше атомный номер элемента (заряд ядра), тем ниже барьер деления, тем выше вероятность спонтанного деления и тем меньше период спонтанного деления. Трансурановые элементы делятся очень легко чем определяется предельная масса стабильных изотопов. У изотопа 235U барьер деления равен примерно 6 МэВ, точно той энергии, какую вносит медленный нейтрон в ядро. Это определяет столь легкое деление этого изотопа при поглощении нейтрона.

См. также[править]

Ссылки[править]

  1. http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/fis.html

Литература[править]