Ядерные реакции деления

Делением ядер называется процесс распада ядра на несколько частей. Образующиеся при делении части называются «осколками». В 1938 г. немецкие ученые Ган и Штрассман обнаружили, что при облучении урана нейтронами образуются Ba и La, то есть элементы из середины периодической таблицы Менделеева. 1930 г. Боте и Беккер – получили нейтроны, но посчитали их - лучами. в 1932 г. Д. Чэдвик показал, что это не -излучение, а поток тяжелых нейтральных частиц, которые он назвал нейтронами. Пример реакции для получения нейтронов:

.

Деление ядер урана может происходить различными путями, но наиболее вероятным является деление ядра на осколки, массы которых относятся как 2: 3. Деление ядер сопровождается выделением большого количества энергии, т.к. энергия связи ядер средней массы больше энергии связи тяжелых ядер. При делении ядер освобождаются несколько нейтронов, что позволяет реакции деления ядер продолжаться самостоятельно (цепная реакция). В большинстве случаев осколки являются радиоактивными и претерпевают ряд β - превращений, сопровождающихся γ - излучением.

Медленными (тепловыми) нейтронами делятся ядра

,

Ядра делятся только быстрыми нейтронами (с энергией не менее 1 МэВ).

В природном уране цепная реакция не возникает, т.к. доля содержания в нем очень мала (0, 72%), а основную массу составляет (99, 27%) и возникающие во время деления ядер нейтроны просто поглощаются ядрами без деления ядер. Если же взять кусок чистого , то цепная реакция возможна лишь для некоторой определенной массы , называемой критической массой, при достижении которой начинается лавинообразное размножение нейтронов. Это дало возможность сделать атомную бомбу (неуправляемая ядерная реакция). Критическая масса в атомной бомбе разделена на две части. В нужный момент времени пороховым взрывом обе части объединяются в критическую массу, начинается самопроизвольная неуправляемая цепная реакция деления и происходит ядерный взрыв с выделением огромной энергии. Осуществление управляемой ядерной реакции привело к созданию ядерных реакторов, в которых скорость ядерной реакции контролируется.

Ядерное горючее – природный обогащенный уран . Для снижения скорости нейтронов, что предотвращает их захват , осуществляется замедление нейтронов графитом, бериллием или дейтерием (ядро тяжелого водорода). Схема урано-графитового реактора дана на рис. 41.

Рис. 41. Схема урано-графитового реактора

1 - графит – замедлитель нейтронов

2 - блоки из урана (твелы) – ядерное горючее

3 - стержни из кадмия или бора (хорошо поглощают нейтроны) – управление ядерной реакцией.