Дзяленне ядра

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Ядзерная фізіка
CNO Cycle.svg
Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя
Гл. таксама «Фізічны партал»
Распад урана-235

Дзяле́нне ядра́ — працэс расшчаплення атамнага ядра на два (радзей тры) ядры з блізкімі масамі, якія называюцца асколкамі дзялення. У выніку дзялення могуць узнікаць і іншыя прадукты рэакцыі: лёгкія ядры (у асноўным альфа-часціцы), нейтроны і гама-кванты. Дзяленне бывае спантанным (самаадвольным) і вымушаным (у выніку ўзаемадзеяння з іншымі часціцамі, найперш, з нейтронамі). Дзяленне цяжкіх ядраў — экзатэрмічны працэс, у выніку якога вызваляецца вялікая колькасць энергіі ў выглядзе кінетычнай энергіі прадуктаў рэакцыі, а таксама выпраменьвання. Дзяленне ядраў служыць крыніцай энергіі ў ядзерных рэактарах і ядзернай зброі.

Кароткая гісторыя адкрыцця[правіць | правіць зыходнік]

Ота Ган і Ліза Майтнер ў лабараторыі, 1925 год.

Амаль адразу пасля адкрыцця нейтрона ў 1932 годзе Джэймсам Чэдвікам пачаліся даследаванні іх узаемадзеяння з ядрамі. У гэтым жа годзе ў ЗША Эрнест Лоўрэнс запусціў першы цыклатрон, а ў Англіі Джон Кокрафт і Эрнест Уолтон пабудавалі першы паскаральнік пратонаў, здольны расшчапляць ядры.

У бліжэйшыя гады некалькімі навукоўцамі — Нільсам Борам, Якавам Фрэнкелем і Джонам Уілерам былі распрацаваны найважнейшыя тэарэтычныя мадэлі — кропельная мадэль ядра і састаўное ядро, якія ўшчыльную наблізілі іх да адкрыцця дзялення. У 1934 годзе Ірэн Кюры і Фрэдэрыкам Жаліё была адкрыта штучная радыеактыўнасць, якая стала сур'ёзным штуршком на шляху да адкрыцця. У гэты ж час Энрыка Фермі з супрацоўнікамі апраменьвалі розныя элементы пучком нейтронаў. Сярод гэтых элементаў яны даследавалі і уран — самы цяжкі з існуючых у прыродзе элементаў. Вывады, якія зрабіў Фермі са сваіх эксперыментаў, былі зведзены ім да адкрыцця трансуранавых элементаў і таксама не прывялі да разгадкі рэакцыі дзялення, бо далейшыя вынікі эксперыментаў для Фермі сталі незразумелымі і нечаканымі.

Толькі праз 5 гадоў, у 1939 годзе Ота Ганам і Фрыцам Штрасманам быў адкрыты працэс дзялення ядраў. Гэтыя навукоўцы вырашылі праверыць невытлумачальныя вынікі вопытаў, якія ажыццявілі ў Парыжы Ірэн Кюры і Павел Савіч[1]. Пасля апрамянення ўрану павольнымі нейтронамі нямецкія фізікі вылучылі радыеактыўны прадукт, які выпаў у асадак пры хімічнай рэакцыі на барый. Спачатку яны выказалі здагадку, што выдзелены элемент — ізатоп радыю, хімічна роднаснага з барыем, аднак далейшыя даследаванні прывялі іх да заключэння, што выдзелены прадукт з'яўляецца барыем, а не больш цяжкім элементам з аналагічнымі ўласцівасцямі. Гэтая гіпотэза, апублікаваная ў артыкуле «Аб доказе ўзнікнення шчолачназямельных металаў пры апрамяненні ўрану нейтронамі і іх уласцівасцях»[2], утрымлівала рэвалюцыйнае заключэнне, што апрамяненне ядра ўрану (Z=92) нейтронамі можа прывесці да ўтварэння ядра з масай, прыкладна ў 2 разы меншай за першапачатковую (для барыю Z=56).

Неўзабаве пасля гэтага Ота Фрыш і Лізэ Майтнер далі фізічнае тлумачэнне працэсу дзялення ядра ўрану, пра што Фрыш неадкладна паведаміў Бору. У скора апублікаваным артыкуле[3] Фрыш і Майтнер упершыню ўжылі тэрмін «дзяленне» (англ.: fission), падказаны Фрышу амерыканскім біёлагам Арнальдам.

Тым часам Бор на знакамітай канферэнцыі па тэарэтычнай фізіцы ў Вашынгтоне 26 студзеня 1939 г. абвясціў аб адкрыцці дзялення ўрану. Не чакаючы канца даклада, фізікі адзін за адным пачалі пакідаць пасяджэнне, каб праверыць паведамленне ў сваіх лабараторыях.

Летам 1939 года Бор і Уілер прадставілі артыкул «Механізм дзялення ядзер»[4], у якой было дадзена тлумачэнне механізму дзялення ядра на аснове кропельнай мадэлі ядра. Гэтая мадэль, якая магла б прадказаць дзяленне ядзер, пачала актыўна працаваць пры тлумачэнні яго механізму[5][6][7][8].

Асколкі дзялення[правіць | правіць зыходнік]

Пры дзяленні 235U цеплавымі нейтронамі ўтвараецца каля 30 розных пар асколкаў, пераважна няроўнай масы. Самы лёгкі з іх мае масавы лік 72, самы цяжкі — 161. Найбольш імаверна дзяленне на асколкі з адносінай мас 3/2. Выхад такіх асколкаў дасягае прыкладна 6 %, у той час як асколкаў з роўнымі масамі — прыкладна 10−2%. Такі характар ​​размеркавання асколкаў па масах назіраецца для ўсіх нуклідаў, якія дзеляцца, як пры спантанным дзяленні, так і пры дзяленні ўзбуджаных састаўных ядзер незалежна ад віду часціц, якія бамбардзіруюць зыходныя ядры. Крывыя выхаду асколкаў дзялення слаба адрозніваюцца для розных ядзер, якія дзеляцца, гэта кажа пра тое, што асіметрыя ў размеркаванні асколкаў уласцівая самому механізму дзялення ядзер.

Такая асіметрычнасць дзялення асколкаў супярэчыць прадказанням кропельнай мадэлі ядра, бо бесструктурная кропля з найбольшай імавернасцю павінна дзяліцца якраз на дзве роўныя часткі. Дзяленне на няроўныя часткі тлумачыцца ў рамках абалоначнай мадэлі ядра як вынік пераважнага ўтварэння ядзер з запоўненымі абалонкамі, якія змяшчаюць 50 і 82 нейтронаў (магічныя лікі). Аднак асіметрыя дзялення памяншаецца пры павелічэнні энергіі ўзбуджэння дзялімага ядра і пры вялікіх яе значэннях знікае. Напрыклад, у выпадку дзялення 235U цеплавымі нейтронамі імавернасць сіметрычнага дзялення складае прыкладна 0,01 %, нейтронамі з энергіяй 14 МэВ каля 1 %, а пры энергіі нейтрона больш за 100 МэВ размеркаванне асколкаў дзялення па масах мае адзін максімум, адпаведны сіметрычнаму дзяленню ядра. Такая тэндэнцыя знаходзіцца ў згодзе з уяўленнямі аб прымянімасці ядзерных мадэлей[9][10].

Зноскі[правіць | правіць зыходнік]

  1. Irene Joliot-Curie, and Pavel Savitch (1938). "On the Nature of a Radioactive Element with 3.5-Hour Half-Life Produced in the Neutron Irradiation of Uranium". Comptes Rendus 208 (906): 1643. 
  2. O. Hahn, F. Strassmann Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle // Naturwissenschaften. — 1939. — Т. 27. — № 1. — С. 11−15.
  3. Lise Meitner, O. R. Frisch Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction // Nature. — 1939. — Т. 143. — № 3615. — С. 239−240.
  4. Bohr, Wheeler, 1939
  5. О. Фриш, Дж. Уилер Открытие деления ядер (руск.)  // УФН. — 1968. — Т. 96. — С. 700—707.
  6. П.С.Кудрявцев Курс истории физики — Москва: Просвещение, 1982. — С. 73.
  7. I.R.Cameron, University of New Brunswick Nuclear fission reactors — Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
  8. Камерон, 1987, с. 43
  9. Бать и др., 1982, с. 70—71
  10. Климов, 1985, с. 114—118

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]