И.М. Капитонов - Введение в физику ядра и частиц (1120452), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Отношение числа нейтронов к числу протонов в ядрах с А = 240 примерно 1.6, в то время как у стабильных ядер, имеющих массу, близкую к массе осколков, это отношение меняется в пределах 1.25-1.45. Следовательно, осколки в момент образования сильно перегружены нейтронами н находятся в состояниях с большой энергией возбуждения. Очевидно, такие осколки не устойчивы к,браспаду, восстанавливающему баланс между числом нейтронов и протонов в ядре. Осколки испытывают лоси«донат«льный,браспад, причем заряд первичного осколка может увеличиваться на 4-Е д ип, Снятие начального возбуждения осколков, вызванного нарушением «нормального» соотношения числа нейтронов и протонов, происходит также за счет вылета мгновеннмз небтлроное да«ения.
Эти нейтроны испускаются движущимися осколками за время, меньшее, чем 4 10 1~ с. В среднем в каждом акте деления нспускается 2-3 мгновенных нейтрона. Энергетический спектр мгновенных нейтроноа непрерывный с максимумом около 1 МэВ. Средняя энергия мгновенного нейтрона 2 М»В.
Испускание более одного нейтрона в кажлом акте деления дает возможность получать энергию за счет цепной ядерной реакпии деления. Небольшая доля (- 1%) нейтронов испускается с некоторым запаздыванием относительно момента деления (так называемые запаздмеающое небгаронм). Время запаздывания достигает 1 мин. Запаздывающие нейтроны испускаются остановив- 21* Приложении шимися осколками после предварительного ф -распада и оказавшимися в результате этого распада в сестояниях с энергией возбуждения, превьппающей энергию отделения нейтрона В„. , Часть звергки деления уносится у-шицзтами, испускающимися возбужденными осколками сразу посл9 вылета мгновенных нейтронов (мгновевное у-излучение), а также у-квантами, испускающимися после В-распада осколков. Как распределяется энергия деления между различными продуктами этого цроцесса7 Осковная часть энергии деления освобождается в виде кинетической энергии осколков.
Такой вывод следует из того, что кулоновская энергия двух соприкасающвхся осколков (за вычетом собственной кулоновской энергии каждого из них) приблизительно равна энергии деления. Под действием электрических сил отталкивания кулоновская энергия осколков переходит в их кинетическую энергию. Оценим величину кулоновской энергии соприкасеющихся одинаковых осколков (ея)з Е» =— 2Я (Г.б) где Я и Š— заряд и радиус осколков.
Если рассмотреть деление урана (А ю 240, 2Я = 92) на два одинаковых осколка (симмет- ричное деление), оценивая радиус каждого из них с помощью выражения В = 1.2А~~з Фм, получаем (4 8 . 10-1о . 46)з Еь — 2 6 10-1з 1.6 10-е 2ЬОМэВ. (Г.7) Характерной особенностью деления является то, что осколки, как правило, существенно различаются но массам, т. е.
преобладает асвмметричиое деление. Так, в случае наиболее вероятного деления изотопа урана зДП, вызванного захватом нейтрона (делится составное ядро зЦУ), отношение масс осколков равно 1.46. Тюкелый осколок имеет при этом массовое число 139 (ксевов), а легкий — 95 (стровпий). С учетом испускания двух мгновенных нейтронов рассматриваемая реакция деления имеет вид и+ ы~~зП вЂ” + ~ызП вЂ” ~ з~~зйг+ ~~з~зХе+ 2п. (Г.8) Распределение по массам осколков деления фП нейтронами малых (тепловых) энергий показано на рис.Г.1.
Среди осколков деления были обнаружены осколки с А = 72-161 и У = 30-65. Вероятность деления на два равных по массе осколка не равна нулю. В рассматриваемом случае вероятность симметричного деления примерно на три порядка меньше, чем в случае наиболее вероятного деления на осколки с А = 139 н 95. Капельник модель не исключает возможности асимметричного деления, однако не объясняет основных закономерностей такого деления.
Асимметричное деление можно объяснить влиянием оболочечной структуры ядра. Ядро стремится разделяться таким образом, чтобы основнаячасть нуклонов каждого осколкаобразоввла устойчивый магический остов. При наиболее вероятном де- выход наделение, м 10 ленин 13зз11 тепловыми нейтРонами легкий осколок (А = 95) приобретает кинетическую энергию 100 МэВ, а тяжелый (А = 139) — 67МэВ. Таким образом, суммарная кинетическая энергия осколков — 1б7 МэВ. 10-' Полная энергия деления в дан- о+ 0 ном случае составляет 200 МэВ.
10м Таким образом, оставшаяся энергия (ЗЗ МэВ) распределяется между другими продуктами деления (нейтроны, электроны и 10-о массовое число антинейтрино )3 - распада ос- 80 100 1Ю 140 160 колков, 7-излучение осколков и Рис. Г.1. массовое раоэродолоиао продуктов их распада). распре- осволаав доловив урана деление энергии деления между различными продуктами при делении зЦП тепловыми нейтронами дано в табл. Г.1. Таблица Г,1 Распределение энергии деления Заза тепловыми нейтронами 310 Прияоясееея Механизм деления Как было показано выше (Г.5) деление энергетически выгодно для аяер с Ез/А > 17, т.
е. для ядер с А > 90. Почему же большинство известных тяжелых ядер устойчиво по отношению к спонтанному делению? Ответ можно получить рассматривая механизм деления. В процессе деления ядро последовательно проходит через следующие стадии (рис.Г.2): щар, эллипсоид, гантель, два грушевидных осюлка, два сферических оскцлка. Как меняется энергия ядра на разэжчных стадиях деления? Выло показано, что это — (, .) — ( -:Я взменевие определяется изменением суммы поверхностной и кулововской энергий Е„,+ (: -Я) ( юлков Г4.
+Е,„, начального ядра н осюлков (Г.4). еезетязеи эээ~йью На рис. Г,З показано как п Ъ меняется Е,, Е,зз н нх сумма в зависимости от расстояния между центрами осколков Р. при делении ззеП из основного состоянвя ва два асвмметрце Г.з. Ст яцх процмсэ яенэхя ричвых фрагмента — ксенон и стронций (Г,8). Радиус ксенона и стронция соответственно 6.2 и 5.5 Фм, поэтому точка т в 12 Фм на графике (рис. Г.З) соответствует практически соприкасающимся сферическим осколкам, Суммарная поверхностная энергия осколков Е„достигает цри этом максимального значения Е,"™" = е,(Ах~ + Ав~ ) = =' 17.2(139з7~+95з?з) = (460+ 360) м 820МэВ, (Г.9) и при дальнейшем увеличении г ве меняется. Суммарная кулоновская энергия Езр, при т > 12 Фм складывается нз суммы «внутренних» кулововских энергий осколков а, — 1)з.
+ -т)т1 и энергии кулоновского взаимодействия осколя, я, ков езя~яз/г: 311 ~ гх'. 2'зз, ~ сзгх.гз. КгЛ 1 А'(з А'Уз т хе зс егЕх Е = (400+ 220) МэВ+ е ~. (Г.10) При бесконечном удалении осколков кулоновская энергия стремится к минимальному значению Е,"";, = (400+ 220) = = 620 МэВ, целиком определяемому суммой их внутренних электростатических энергий, Найдем значевве Е„„+ Е,„, для ядра ззеП в исходном (осноэном) состоянии (г = О): Ез(Ев а+ Егул)п = ааАп + аа зг = ~/ .4эуз й 92з ~ 17.2 ° 236зуз + 0.72 — ~ = (660+ 980) = 1640 МэВ. 236~/з,~ (Г.11) Из (Г,9, Г.10 и Г.11) следует, что при делении ззеУ из основного состояния выделяется энергия (Евое + Езгл)п (4~~~~ + Еа~ ) 1640 (820+ 620) ж 200 МэВ (Г.12) Рис.
Г.З показывает, что Е„„+ Е, „при увеличении г от начального значения т = 0 сначала растет, а затем уменьшается. Таким образом, возннхает потенциальный барьер, препятствующий мгновенному (за характерное ядерное время 10 ~з с) спонтанному делению исходного ядра нз основного состояния. В данном случае (ззеУ) величина этого барьера около 6 МэВ. Барьер возникает потому, что поверхностная энергия с увеличением г (при г ( 10 Фм) растет быстрее, чем уменьшается кулоновскэл энергия. Ядро зз«П в основном состоянии практически стабилыю. Период его полураспада 2.3.
10" лет. Если ему добавить небольшую энергшо, то оно может менять форму от сфервческой до эллипсоидалыюй, совершая небольшие колебания относительно исходного «сферического» состояния и ве испытывая деления. Однако при перекаче ядру ~~~В энергии, большей величины барьера (6МэВ), амплитуда колебаний становится настолько большой, что ядро проскакивает максимальное значение потенциальной энергии и делится. Вершине барьера соответствует гантелевилвая форма делящегося ядра.
Как только ядро приобретает форму гантели деление становится необратимым. 81г Приаолсения и +я Ркс. Г.З. Зависамоста поверкностиой и кулововской энергий осколков деленна и вк суммы от расстоавил менку центрами осколков дла наиболее вероатного варвпата деленна заеп. 'Гочка 12 Фм на оси расстоавий отвечает сумме радиуса~ сфервческик осколков, т. е. стадии необратимого разделенна осколков При делении ззаб тепловыми нейтронами (Г.8) составное ядро забП волучает энергию возбуждения, равную энергви отделения В„нейтрона от ядра зва0 (кинетическая энергия теплового кейтрона — сотые доли электроввольта к добавкой к энергии возбуждения забП этой величины можно пренебречь). Так как В„(зааП) = 6.6МэВ, т.е.
преаьппает барьер деления, то заоУ делится. Вынужденное деление может быть вызвано не только нейтронами, но и другими частицами, но использование цейтровоа практически выгодно, так как их захвату ядром не препятствует хулоновсквй барьер и эффективное сечение захвата велико. 313 Ь вЂ” а $(Ь+ а) определенного ранее в Лекции 3 (ц.у).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
