yavor2 (553175), страница 96
Текст из файла (страница 96)
11) Эзо условие выполняется для нсех ядер, начиная с серебра о,дй"з, для которого параметр деления м20. Чем больше параметр деления, тем легче должно делиться ядро. (или порогом деления) 44й. Ядро-капля будет наиболее устойчиво в том случае, если сумма йоверхностной и электростатической энергии сферического ядра-капли будет наименьшей. Пусть при этом ядро имеет радиус /с. Отклонение от сферической формы ядра приведет к увеличению его поверхности и к соответствующему возрастанию поверхностной энергии кг,.
Одновременно с этим будет происходить уменьшение электростатической энергии йу„ибо при сферической форме ядра протоны максимально сближены друг с другом и энергия их отталкивания будет наибольшей. 2. При малых деформациях ядра-капли условие его устойчивости будет нарушено. Однако даже для малой деформации ядра необходимо затратить определенную энергию. Вначале, при нулевой деформации, ядро находится в устойчивом состоянии. При малых деформациях ядро — заряженная капля — приходит в колебания: попеременно то вытягивается, то сжимается.
Когда деформация ядра а) б) б) г) д) Рис. 82.4. достигнет некоторого критического значения, колебания ядра-капли приведут к его делению. Последовательные стадии деления ядерной капли изображены на рис. 82.4. Промежуточные состояния связаны с образованием и удлинением «перетяжки» в капле (рис. 82.4, в).
Если энергия возбуждения ядра окажется меньшей, чем энергия активации, то деформация возбужденного ядра-капли не дойдет до критической, ядро не разделится и вернется в основное состояние, испустив у-квант. 3. Френкель, а также Бор и Уиллер теоретически рассмотрели задачу о связи энергии активации деления ядра с параметромделения Лй/А.
Оказалось, что при определенном, так называемом крипйическом значении параметра (Лй/А)„р„, ядро становится неустойчивым и самопроизвольно делится. Оказывается, что (Я'/А)„„, 49. (82.12) При Ей/А ((2й/А)„р„, требуется затрата энергии активации й'„ чтобы была достигнута критическая деформация ядра-капли, приводящая к делению. Для тяжелых ядер к7й составляет 5 — 7 й(эВ, т. е. имеет тот же порядок величины, что и энергия связи нейтрона в тяжелом ядре, или, что то же самое, энергия связи, приходящаяся на один нуклон.
При 2*/А)(Яй/А)„р„, невозможно существование ядра, Деление такого сверхтяжелого ядра должно происходить самопроизвольно за время, сравнимое с ядерным временем 10 "с. Условие (82.12) ограничивает возможности устойчивого существования сверх- тяжелых ядер. Наиболее тяжелыми являются трансурановые ядра, 14 в м. яворский, А. А. Пянский, й. г 417 получаемые искусственным путем. Они имеют наибольшие значения параметра деления.
Если для изотопа урана О,КРОО параметр деления равен 36,6, то для америция „А!па" он составляет 37,3. В 1964 г. в лаборатории ядерных реакций Обьединенного института ядерных исследований в Дубне под руководством акад. Г. Н. Флерова получен изотоп курчатовия — нового трансуранового элемента с Я = 104 и массовым числом 260. Для получения этого элемента изотоп плутония О,Рн'4' облучался ядрами неона „)ч)езз. После захвата ядра неона образовывалось составное ядро „,Киям и в одном случае на 10 миллиардов составных ядер после испускания четырех нейтронов образовывалось ядро элемента „4Кп"0 *): „,Рным+ 10Яезз пиКи"' „,Кцы'+ 4 Оп'.
В самых мощных пучках ускоренных ядер неона одно ядро курчатовия рождается за несколько часов. В Дубне реакцией слияния ядер урана с ядрами неона были получены первые атомы элемента с зарядом ядра Я = 102. Реакция проходила с образованием возбужденного составного ядра „,Х""0 с последующим вылетом из него четмрех нейтронов: 01 1Р40+ )ч)е - 0 ХОООО ь Х204+4 пг 10 102 102 О На 100 миллионов составных ядер рождается только одно ядро изотопа „,Х""'. В остальных случаях составные ядра делятся на ядра- осколки и нейтроны. В реакциях слияния впервые были получены изотопы заурановых элементов кюрия „Ст, берклия „Вк, калифорния „С1, менделевия 1011"111, курчатовия „,Ки, а также изотопы элементов с зарядами ядер 102, 103 и 105.
4. При значениях 22/А «=(227А)„з„, возможно самопроизвольное деление ядер, происходящее аналогично а-распаду Ц 81.9), т. е. путем туннельного эффекта. В 1939 †19 гг. Г. Н. Флеров и К. А. Петржак впервые наблюдалн самопроизвольное деление урана „1.1'". С помощью весьма чувствительной методики они обнаружили в ионизационной камере импульсы, создаваемые осколками деления урана, не подвергнутого действию нейтронов, вызывающих деление. Период полураспада спонтанного деления составляет, по оценкам Флерова и Петржака, 10" — 10" лет.
Напомним, что для естественной а-радиоактивности урана,ЛР" период полураспада составляет 10' лет, т. е. на семь порядков меньше. 5. На опыте обнапужена существенная разница в делении ядер двух изотопоа урана — 0202'0 и О,!'2' . Как уже отмечалось в $ 82.7, ядра урана ы0~20 делятся под действием нейтронаа с кинетической энергией не менее 1 МэВ, в то время как ядра урана 020ю0 делятся при захвате самых медленнык, тепловых нейтронов.
Объяснение этйх различий заключается в следующем. Составное ядро,1РО', возникшее при захвате нейтрона ядром 020222, имеет параметр деления 227А, равный 35,46, и эвергию антивацни деления ~д= 7,ОМэВ. Энергия связи нейтрона, захваченного ядром 220ам, составляет около 6 МэВ. Таким образом, деление ядер 0202м может быть вызвано нейтронами с кинетической энергией не менее 1 МэВ. Для составного ядра 418 0) Остальные ядра претерпевали процессы деления. ддВддд, получившегося при захвате нейтрона ядром дд13ддд, параметр деления и энергия активации деления равны соответственно 35,9 й 6,67йэВ.
Эти значения указывадот, что условия для деления ядер мам под действием нейтронов более благоприятны, чем для ядер дд11ддд. Кроме того, энергия возбуждения, сообщаемая ядру ддИдд при захвате нейтрона, составляет около 6,6 МэВ. Тепловые нейтроны вызывакдт деление ядер изотопа урана дд1дмд и трансуранового элемента плутония ддрнддд. 2 82.9. Цепная реакция деления 1. Для практического применения деления тяжелых ядер важнейшее значение имеет выделение большой энергии Ори каждом акте деления и появление прн этом нескольких (двух, трех) нейтронов. Если каждый из этих нейтронов, взаимодействуя с соседними ядрами делящегося вещества, в свою очередь вызывает в них реакциюделения, то происходит лавинообразное нарастание числа актов деления.
Такая реакция деления называется цепной. Свое название эта реакция получила по аналогии с цепными химическими реакциями, т. е. реакциями, продукты которых могут вновь вступать в соединения с исходными веществами. В 1939 г. Я. Б. Зельдович и Ю. Б. Харитон впервые указали на возможность существования цепной ядерной реакции деления. Каждый из нейтронов, образовавшихся при одном акте деления, если он будет захвачен ядром, вызовет появление новых нейтронов деления, в свою очередь способных вызвать реакции деления, и т. д.
2. Рассмотрим несколько подробнее возможность осуществления цепной реакции. Предположение о том, что каждый из нейтронов захватывается соседними ядрами, в действительности не реализуется. Часть вторичных нейтронов попадает в ядра атомов тех веществ, которые непременно присутствуют в той области, где реализуется цепная реакция, но не являются делящимися,— замедлители нейтронов, теплоносители, уносящие тепло из зоны реакции, и др, Часть нейтронов может просто выйти за пределы активной зоны — того пространства, где происходит цепная реакция.
Очевидно, что непременным условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов. Введем понятие о коэффициенте й размножения нейтронов. Коэффициентом разлгыожения нейтронов называют отношение числа нейтронов, возникших в некотором звене реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем ему звене. Необходимым условием для развития цепной реакции является требование й)1. Величина й определяется, вопервых, значением среднего числа нейтронов, возникших при одном акте деления (9 82.7), во-вторых, вероятностями различных процессов взаимодействия нейтронов с ядрами делящегося вещества и примесей в ием, а также размерами системы.
Роль последнего фактора существенна потому, что с уменьшением размеров активной зоны увеличивается доля нейтронов, выходящих за ее пределы, и уменьшается возможностьдальнейшего развития цепной реакции. Потери нейтрояов пропорциональны пло- 14* 419 щади поверхности, а генерация нейтронов пропорциональна массе и„ следовательно, объему делящегося вещества. Например, для делящегося вещества, имеющего сферическую форму (объем У-1<з, поверхность 8 )<', 5%-1!1<), с уменьшением )с, т. е. с уменьшением объема и массы делящегося вещества, будет расти доля потерь нейтронов, вылетающих из активной зоны.
Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно осуществление цепной реакции, называются критическими размерами. Минимальная масса делящихся веществ, находящихся в системе критических размеров, называется критической массой. Для уменьшения потерь нейтронов и уменьшения критических параметров делящегося вещества его окружают отражателем— слоем иеделящегося вещества, обладающего малым эффективным поперечным сечением для захвата нейтронов и большим сечением их рассеяния.
Отражатель возвращает в активную вону ббльшую часть вылетевших из нее нейтронов. В качестве отражателей используются те же вещества, которые применяются для замедления нейтронов (з 82.5),— графит, тяжелая вода Р,О и НРО, соединения бериллия. 3. Одной из наиболее важных характеристик цепной реакции является скорость ее развития, зависящая, помимо коэффициента й размножения нейтронов, от среднего времени т между двумя последовательными актами деления. Очевидно, что т определяет среднее время жизни одного <поколения» нейтронов, т. е. среднее время от момента деления до захвата нейтрона ядром атома делящегося вещества.
Точнее, время т складывается из времени деления ядра, времени запаздывания вылета нейтрона из ядра относительно момента деления и времени, прошедшего до следующего захвата. 4. В случае развивающейся цепной реакции для резкого уменьшения времени т, т. е. для получения весьма быстрой цепной реакции взрывнога типа, необходимо осуществить процесс размножения на быстрых нейтронах; для получения управляемой цепной реакции необходимо увеличивать время т, т.
е. нужно стремиться ктому, чтобы время запаздывания вылета нейтронов относительно момента деления и время перемещения нейтронов до следующего захвата па возможности были ббльшими. Первое зависит от механизма возникновения вторичных нейтронов и меньше поддается воздействию, второе — от взаимодействия вылетевших из ядра нейтронов с окружающими ядрами, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
