23 (Полностью все 26 лекций в пдф), страница 3
Описание файла
Файл "23" внутри архива находится в папке "Лекции по физике за 4 семестр". PDF-файл из архива "Полностью все 26 лекций в пдф", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 3 страницы из PDF
Взаимодействия частиц сядром возможно при их сближении на расстояния порядка 10-15 м.Реакции, вызываемые не очень быстрыми частицами (с энергией не более 10 МэВ), протекают в два этапа. На первом этапе ядро X захватывает приблизившуюся частицу a и образуетновое составное ядро П. На втором этапе составное ядро испускает частицу b и превращается вядро YX +a →Π →Y +bРаспад составного ядра П не зависит от этапа захвата.Если начальная и конечная частицы одинаковые a ≡ b , то данная реакция называется(потенциальным) рассеянием частицы на ядре.Реакции, вызванные быстрыми частицами протекают без образования промежуточногоядра и называются прямым ядерным взаимодействием.Характерное время ядерной реакции – отношение диаметра ядра к скорости светаdτ Я = Я ∼ 10−22 ÷ 10−23 с.cПри ядерных реакциях выполняются все законы сохранения классической физики.
Этизаконы накладывают ограничения на возможность осуществления ядерной реакции. Даже энергетически выгодный процесс всегда оказывается невозможным, если сопровождается нарушением какого-либо закона сохранения.Переход в невозбуждённое состояние может осуществляться различными путями, называемыми каналами реакции. Типы и квантовое состояние налетающих частиц и ядер до началареакции определяют входной канал реакции. После завершения реакции совокупность образовавшихся продуктов реакции и их квантовых состояний определяет выходной канал реакции.Реакция полностью характеризуется входным и выходным каналами.Вероятность реакции определяется так называемым ядерным сечением реакции.
В лабораторной системе отсчёта (где ядро-мишень покоится) вероятность взаимодействия в единицувремени равна произведению сечения (выраженного в единицах площади) на поток падающих6Семестр 4. Лекция 23.частиц (выраженный в количестве частиц, пересекающих за единицу времени единичную площадку). Если для одного входного канала могут осуществляться несколько выходных каналов,то отношения вероятностей выходных каналов реакции равно отношению их сечений. В ядерной физике сечения реакций обычно выражаются в специальных единицах – барнах.1 барн = 10−28 м2.Деление ядерДеление ядра - процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра, называемыхосколками деления.
В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкиеядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, преждевсего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер - экзотермический процесс, в результате котороговысвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции,а также излучения.
Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерноморужии.Деление атомных ядер было открыто при бомбардировке нейтронами ядер урана. Процесс деления ядер был открыт в 1939 году Отто Ганом и Фрицем Штрассманом.Процесс деления может протекать только в том случае, когда потенциальная энергия начального состояния делящегося ядра превышает сумму масс осколков деления. Посколькуудельная энергии связи тяжёлых ядер уменьшается с увеличением их массы, это условие выполняется почти для всех ядер с массовым числом A>90.Однако, как показывает опыт, даже самые тяжёлые ядра делятся самопроизвольно сочень малой вероятностью.
Это означает, что существует энергетический барьер (барьер деления), препятствующий делению.Для реализации процесса деления с большой вероятностью ядро должно получить извнеэнергию, превышающую значение барьера деления. Такую энергию можно передать ядру различными способами (облучение гамма-квантами, бомбардировка частицами и др.). Из всех возможных способов практическое применение нашёл лишь один - образование возбуждённогосоставного ядра путём присоединения к исходному ядру нейтрона, вклад других способов деления в ядерных реакторах (в том числе фотоделение гамма-квантами) составляет меньше 1%.Деление нейтронами имеет огромное преимущество по сравнению с другими по двумпричинам:- пороговое значение кинетической энергии для нейтрона меньше, чем для гамма-кванта,приблизительно на величину энергии связи нейтрона в составном ядре;- деление ядер нейтронами сопровождается испусканием нейтронов, что создаёт основудля протекания цепной реакции деления.Если минимальное значение энергии составного ядра больше энергии связи нейтрона вэтом ядре, то деление ядер возможно нейтронами с любой сколь угодно малой кинетическойэнергией.
К этой группе относятся ядра с нечётным числом нейтронов (присоединяемый нейтрон - чётный): 233U, 235U, 239Pu, которые принято называть делящимися.Если минимальное значение энергии составного ядра меньше энергии связи нейтрона вэтом ядре, то деление ядер возможно лишь нейтронами с кинетической энергией, превышающей некое пороговое значение. К этой группе относятся ядра с чётным числом нейтронов (присоединяемый нейтрон - нечётный): Th232, U238. Значение пороговых энергий примерно равны 1,2МэВ для 232Th и 1 МэВ для 238U.Для описания процесса деления ядер, включая вычисление барьера деления, используется несколько моделей, но ни одна из них не позволяет объяснить процесс полностью.Традиционно механизм деления рассматривается в рамках капельной модели ядра.
Дляделения с большой вероятностью тяжёлое ядро должно получить энергию извне, превышающую значение барьера деления. Так, после присоединения нейтрона ядро обладает энергиейвозбуждения, равной сумме энергии отделения нейтрона и кинетической энергии захваченного7Семестр 4. Лекция 23.нейтрона. Этой дополнительной энергии может быть достаточно, чтобы ядро перешло в возбуждённое состояние с интенсивными колебаниями.При делении ядра процесс происходит аналогично делению капли жидкости, только приделении ядра существует электростатическое отталкивание протонов, действующее как дополнительный фактор против ядерных сил, удерживающих нуклоны в ядре. Если ядро находится ввозбуждённом состоянии, то оно совершает колебательные движения, связанные с отклонениями его формы от сферической.
Максимальная деформация увеличивается с ростом энергии возбуждения и при некотором её значении может превысить критическое значение, что приведёт кразрыву исходной капли и образованию двух новых. Колебательные движения возможны поддействием сил поверхностного натяжения (аналог ядерных сил в капельной модели ядра) и кулоновских. Ядра, образовавшиеся после деления исходного ядра, разлетаются в противоположные стороны под действием кулоновских сил отталкивания, и потенциальная энергия кулоновского взаимодействия превращается в кинетическую.Часть энергии деления переходит в энергию возбуждения осколков деления, которые ведут себя как любые возбуждённые ядра - либо переходят в основные состояния, излучая γкванты, либо испускают нуклоны и превращаются в новые ядра.Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так какони перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних.
В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два илитри нейтрона, которые принято называть мгновенными.Образовавшиеся ядра по-прежнему находятся в возбуждённых состояниях, однако в каждом из них энергия возбуждения меньше энергии связи нейтрона, поэтому остатки энергиивозбуждения излучаются в виде γ-квантов спустя 10−14−10−9 секунды с момента испусканиянейтронов, такие γ-кванты также называются мгновенными.В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями.
Так как ониувлекают за собой не все электроны исходного атома, то из них образуются многозарядные ионы, кинетическая энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов среды, чтовызывает их торможение. В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами восновных энергетических состояниях. Такие атомы называются продуктами деления.В результате β−-распадов могут образовываться ядра в возбуждённых состояниях, которые переходят в основные состояния путём излучения γ-квантов либо, крайне редко, превращаются в другие ядра путём испускания нейтронов. Такие нейтроны называются запаздывающими.При делении тяжёлого ядра выделяется примерно 200 МэВ и более 80% этой энергии составляет кинетическая энергия осколков деления.