§ 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
U). Этот изотоп легко поглощает нейтроны
по реакции, подобной реакции серебра с нейтронами (см. § 222);
при этом образуется искусственно-радиоактивный изотоп
239
92
U.
Делится же
238
U с трудом и только под действием быстрых
нейтронов.
|