Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 227. Деление урана. Цепная ядерная реакция
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 227. Деление урана. Цепная ядерная реакция. В резуль-
тате опытов по облучению нейтронами урана было найдено, что п о д д е й с т в и е м н е й т р о н о в я д р а у р а н а делятся н а д в а я д р а ( о с к о л к а ) п р и м е р н о п о л о в и н н о й м а с с ы и з а р я д а ; э т о т п р о ц е с с с о п р о в о ж д а е т- с я и с п у с к а н и е м н е с к о л ь к и х (двух-трех) н е й т р о- н о в (рис. 402). Помимо урана, способны делиться еще неко- торые элементы из числа последних элементов периодической системы Менделеева. Эти элементы, так же как и уран, делятся не только под действием нейтронов, но также и б е з в н е ш- н и х в о з д е й с т в и й (спонтанно) 1 ). Спонтанное деление бы- ло установлено на опыте советскими физиками К. А. Петржаком и Георгием Николаевичем Флеровым (р. 1913) в 1940 г. Оно представляет собой весьма редкий процесс. Так, в 1 г урана происходит всего лишь около 20 спонтанных делений в час. 1 ) С п о н т а н н о е д е л е н и е с л е д у е т отнести к разряду явлений р а- д и о а к т и в н о г о р а с п а д а, с которыми мы познакомились в предыдущей главе. Как и другие виды распада, спонтанное деление представляет собой внутриядерный процесс, протекающий без внешних воздействий.
Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия 567
Благодаря взаимному электростатическому отталкиванию осколки деления разлетаются в противоположные стороны, приобретая огромную кинетическую энергию (около 160 МэВ). Р е а к ц и я д е л е н и я п р о и с х о д и т, таким образом,
Рис. 402. Деление ядра урана под действием нейтронов: а) ядро за- хватывает нейтрон; б) удар нейтрона о ядро приводит последнее в ко- лебания; в) ядро делится на два осколка; при этом испускается еще несколько нейтронов со значительным в ы д е л е н и е м э н е р г и и. Быстродви- жущиеся осколки интенсивно ионизуют атомы среды. Это свойство осколков используют для обнаружения процессов деления при помощи ионизационной камеры или камеры Рис. 403. Фотография следов осколков деления урана в камере Виль- сона: осколки ( O ) разлетаются в противоположные стороны из тонкого слоя урана, нанесенного на пластинке, перегораживающей камеру. На снимке видно также множество более тонких следов, принадле- жащих протонам, выбитым нейтронами из молекул водяного пара, содержащегося в камере Вильсона. Фотография следов осколков деления в камере Вильсона приведена на рис. 403. Крайне существенным является 568 Гл. XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия то обстоятельство, что нейтроны, испущенные при делении уранового ядра (так называемые вторичные нейтроны деления), способны вызывать деление новых ядер урана. Благодаря этому можно осуществить цепную реакцию деления: однажды возникнув, реакция в принципе может продолжаться сама собой, охватывая все большее число ядер. Схема развития такой нарастающей цепной реакции изображена на рис. 404. Рис. 404. Развитие цепной реакции деления: условно принято, что при делении ядра испускаются два нейтрона и потерь нейтронов нет, т. е. каждый нейтрон вызывает новое деление; кружочки — осколки деления, стрелки — нейтроны деления Осуществление цепной реакции деления на практике не про- сто; опыт показывает, что в массе природного урана цепная ре- акция не возникает. Причина этого кроется в потере вторичных нейтронов; в природном уране б´ ольшая часть нейтронов выходит из игры, не вызывая делений. Как выявили исследования, потеря нейтронов происходит в наиболее распространенном изотопе ура- на — уране-238 ( 238 92
по реакции, подобной реакции серебра с нейтронами (см. § 222); при этом образуется искусственно-радиоактивный изотоп 239 92
Делится же 238
U с трудом и только под действием быстрых нейтронов. |