yavor2 (553175), страница 94
Текст из файла (страница 94)
время, равное !О-'«м т =10-«' с. !О' м!с В настоящее время промежуток 10-" — !О " с представляет собой наименьшее время, встречающееся в природе. Меньшие промежутки времени пока не обнаружены. Время 10-" — !Овм с характеризует передачу самых сильных ядерных взаимодействий (983.5).
Время жизни составного ядра достигает (10' — 1О').т,. Это означает, что превращения составного ядра — второй этап ядерной реакции — происходят, как правило, независимо от захвата падающей частицы ядром-мишенью, т. е. от первого этапа реакции. Оба этапа ядерной реакции могут быть изображены следующей схемой: г,Х« +а г,У« г,СА+Ь,- (82.6) где г,Хл — исходное ядро-мишень, а — налетающая частица, г,У" э — составное ядро, г,С'э — ядро, являющееся продуктом ядерной реакции, Ь вЂ” частица, вылетевшая из ядра в результате реакции.
В том случае, если испущенная ядром частица тождественна с падающей, формула (82.6) описывает рассеяние частицы (неупругое или упругое, в зависимости от того, одинаковы или нет энергии частицы а =- Ь до и после рассеяния). Если же частица Ь не тождественна а, то происходит ядерная реакция в прямом смысле слова. 5. Ядерные реакции могут быть классифицированы по различным признакам: по энергиям вызывающих их частиц, по роду участвующих в них частиц и, наконец, по характеру происходящих ядерных превращений. Различают ядерные реакции при малых, средних и высоких энергиях.
Реакции при малых энергиях (порядка электрон-вольта) происходят в основном с участием нейтронов. Реакции при средних энергиях (до нескольких МэВ) вызываются, кроме того, заряженными частицами (протонами, а-частицами) и у-квантами. Реакции при высоких энергиях (сотни и тысячи МэВ) приводят к рождению отсутствующих в свободном состоянии элементарных частиц и имеют большое значение для изучения свойств и структуры элементарных частиц (гл. 83). 409 6.
По роду участвующих в ядерных реакциях частиц различают реакции под действием нейтронов, реакции поддействнемзаряженных частиц (кроме перечисленных выше, ими могут быть дейтроны и многозарядные ионы тяжелых химических элементов). Источниками заряженных частиц, помимо естественно-радиоактивных элементов, являются ускорители (Я 41.4, 41.6). Для краткого обозначения ядерной реакции принята следующая символика: (а, Ь), где а — символическое обозначение частицы, вызывающей реакцию, Ь вЂ” обозначение частицы, возникшей в результате реакции. Например, реакции (о, р) и (а, и) происходят под действием а-частиц и приводят к вылету из ядра соответственно протонов,р' и нейтронов,п'.
й 82.5. Понятие о взаимодействии нейтронов с веществом 1. Проходя через вещество, нейтроны практически не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и молекул, поскольку нейтроны не обладают электрическим зарядом. Взаимодействие нейтронов происходит лишь с ядрами, чем и обьясняется большая (по сравнению с заряженными частицами) проникающая способность нейтронов. Характер взаимодействия нейтронов с ядрами различен для случаев быстрых и медленных частиц. Нейтроны называются бысл«рыли, если их скорость о так велика, что соответствующая ей длина де-бройлевской волны )с = 5/л«о намного меньше, чем радиус /с ядра, т.
е. 5/то((/«' или о>)ЬтЛ. Энергии быстрых нейтронов заключены в пределах от 0,1 МэВ до 50 МэВ. Если Х ) /с, т. е. о( й/гп/с, то нейтроны называются медленными. Их энергии не превышают 100 кэВ. 2. В случае быстрых нейтронов можно считать, что ядро представляет для нейтрона некоторую мишень, с которой он соударяется. Площадь мишени считается равной геометрическому сечению ядра, т. е. площади сечения сферического ядра по большому кругу. Для медленных нейтронов с энергиями до 0,5 эВ (их называют еще тепловььяи нейтронами) «эффективное поперечное сечениеь их взаимодействия с ядрами оказывается в 1О' — 1О' раз ббльшим геометрического сечения ядра.
Здесь уместно привести следующую оптическую аналогию. Если линейные размеры рассеивающего свет центра значительно превышают длину световой волны )., то рассеяние света происходит по законам геометрической оптики. Это соответствует случаю быстрых нейтронов. Рассеяние света на объектах с линейными размерами Й ж ). происходит по законам волновой оптики, это соответствует случаю медленных нейтронов. 3.
Опыты показали, что в результате взаимодействия нейтронов с ядрами может происходить либо рассеяние нейтронов на ядрах, либо захват нейтронов ядрами. В веществах, которые называются аал«едлителями, взаимодействие нейтронов с ядрами сводится преимущественно к рассеянию, и процессы захвата нейтронов существенной роли не играют. ао В качестве замедлителей нейтронов применяют графит, тяжелую воду ОвО, НОО и соединения бериллия.
Проходя через такие вещества, быстрые нейтроны испытывают рассеяние на ядрах и замедляются до тех пор, пока их энергия к7 не станет равной энергии теплового движения атомов вещества-замедлителя, т. е. с1 = 'нТ, где Т вЂ” абсолютная температура. Энергия этих тепловых нейтронов переходит в основном в энергию отдачи ядер. Г1ри комнатной температуре энергия тепловых нейтронов равна 0,025 эВ. Дальнейшие столкновения тепловых нейтронов с ядрами вещества-замедлителя не могут привести к уменьшению энергии нейтронов, так как наступает тепловое равновесие между нейтронами и окружающей средой: нейтроны с одинаковой вероятностью могут приобрести и потерять энергию порядка йТ.
Дальнейшие столкновения тепловых нейтронов с ядрами могут привести лишь к диффузии нейтронов в веществе без потери ими энергии, до тех пор, пока нейтрон не выйдет за пределы замедлителя. 4. В 1934 г. Энрико Ферми, исследуя явление искусственной радиоактивности, заметил, что вещества, приобретающие искусственную радиоактивность при действии нейтронов на их ядра, обнаруживают значительно ббльшую активность, если нейтроны предварительно пропустить через замедлитель — водородосодержащее вещество типа парафина. Оказалось, что в некоторых случаях медленные нейтроны испытывают, проходя через вещество, ие только рассеяние, но и захват. Захват нейтронов приводит к искусственной радиоактивности ядер вещества.
Опыты показали, что при определенных энергиях медленных нейтронов их захват ядрами происходит наиболее интенсивно. Это явление, называемое резонансным поглощением нейтронов, происходит при совпадении энергии нейтрона с разностью энергетических уровней составного ядра.
9 82.6. Трансурановые элементы 1. Ядерные реакции урана с нейтронами сыграли особую роль в ядерной физике. Благодари этим реакциям было обнаружено деление ядер, о котором пойдет речь в следующем параграфе, а также была обнаружена возможность создания химических элементов, атомы которых имеют заряд ядра, превышающий 92. Такие химические элементы называются трансурановыми. Мы остановимся кратко на получении некоторых из них.
Резонансный захват медленных нейтронов наиболее распространенным изотопом урана „11мв приводит к образованию радиоактивного изотопа „уввв, который, испытывая р -радиоактивное превращение с периодом полураспада 23 мин, превращается в изотоп трансуранового элемента иептуния ввЫрввв: 99999+ п1 99999 1грввв в 99 ВВ 93 вввв 99 411 2. В свою очередь, ядро изотопа нептуния „Ир*", являясь и- радиоактивным с периодом полураспада 2,3 дпя, превращается в плутоний „Ри"'. 1(рмв — Рным в 2,3 дня Плутоний мРцм' — важнейший трансураиовый элемент. Благодаря эффективному делению под действием тепловых нейтронов (4 82.7) он играет выдающуюся роль в получении ядерной энергии.
Плутоний „Рпеи является а-радиоактивным с весьма большим периодом полураспада (24000 лет). Ои превращается в устойчивый изотоп урана „~Рм: Риме а 1)мь 94 3. Ядерная реакция типа (п, 2п) превращает изотоп урана, ()м' в искусственно-радиоактивный изотоп „13-""', который, будучи () -активным, превращается в изотоп нептуния „Ыр"', являющийся х-радиоактивным с огромным периодом полураспада 2,2.10' лет: „() м+,п' — ()м'+2,п';, ()м' — - Хр'~г. 0,8 дня Изотоп нептуния,,Хрм' дает начало одному из радиоактивных семейств ядерных превращений (э 81.2). Помимо трансурановых элементов, рассмотренных выше, существуют и другие, получаемые бомбардировкой устойчивых изотопов тяжелых элементов „У"' и мРиьм пучками ускоренных ядер неона (5 82.8).
$82.7. Деление ядер 1. Среди ядерных превращений особое место занимает деление тяжелых ядер на осколки приблизительно равной массы, имеющее огромное значение в современной науке и технике. В 1934 г. Ферми; изучая искусственную радиоактивность, обнаружил, что уран, облучениый нейтронами, дает радиоактивные продукты, обладающие несколькими периодами полураспада. Вначале было предположено, что происходит образование трансурановых элементов: ядро урана, захватившее нейтрон, образует более тяжелый его изотоп, который в свою очередь, будучи 8 -радиоактивным, превращается в химический элемент с 2 = 93. В свою очередь ядро атома этого элемента с помощью р -распада превращается в ядро атома элемента с 2 = 94.
Именно так впервые возникло предположение о существовании трансурановых (заурановых) химических элементов, рассмотренных в предыдущем параграфе. Для проверки этого предположения в период 1936 — 1937 гг. были предприняты энергичные исследования ядерных реакций, происходящих при облучении урана нейтронами различных энер- 412 гий. К удивлению ученых, исследование химических свойств продуктов этих реакций показало, что они напоминают свойства элементов, расположенных в средней части периодической системы. Так, в 1938 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
