Статьи

Home › News

ДЕЛЕНИЕ АТОМНЫХ ЯДЕР

24.08.2018

Ядерные силы Энергия связи частиц в ядре Деление ядер урана Цепная реакция

Деление атомных ядер — процесс, при котором тяжелое ядро распадается на два (а иногда и больше) легких, называемых осколками.

Чтобы представить себе, как это происходит, воспользуемся капельной моделью ядра, предложенной Н. Бором. Ядерные силы действуют на малых расстояниях (~10-15 м), нуклоны (см. Ядро атомное) взаимодействуют только со своими соседями, и вещество ядра практически несжимаемо. Частицы, находящиеся на его поверхности, как и молекулы на поверхности жидкости, стремятся уйти вглубь, и этим создают силы поверхностного натяжения. Поэтому ядро стремится принять шарообразную форму и напоминает своими свойствами каплю жидкости.

Однако в отличие от обычной капли ядерная — заряжена. С ростом числа протонов в ядре силы электрического отталкивания начинают конкурировать с ядерными силами, обеспечивающими его устойчивость. Наступает момент, когда большой капле энергетически выгоднее разделиться на две малые, но выгода еще не означает возможность.

Для того чтобы деление произошло, капля сначала должна деформироваться, вытянуться и, следовательно, увеличить свою поверхность (шар при заданном объеме имеет минимальную поверхность). Это требует первоначальных затрат энергии. Ситуация напоминает изображенную на рис. 1.

Шарику энергетически выгоднее перейти из точки А в точку В, но для этого необходимо получить откуда-то энергию, чтобы перебраться через этот барьер.

Откуда ядро берет энергию?

От захвата какой-то частицы. Выделяющаяся при этом энергия может оказаться достаточной, чтобы заставить ядро-каплю колебаться, изменить свою форму, вытянуться и, наконец, разорваться (рис. 2).

Второй способ — туннельный переход под барьером (см. Туннельный эффект). Квантовая механика допускает такой процесс. Его вероятность зависит от высоты и ширины барьера и может быть очень мала. Конечно, капельная модель дает лишь очень приблизительное описание процесса. Созданы более точные (и гораздо менее простые) теории, разработка которых продолжается и в настоящее время.

Осколки уносят значительную (по масштабам микромира) энергию — около 200 МэВ. Кроме того, при делении и потом они излучают нейтроны, гамма-кванты, бета-лучи (см. Гамма-излучение, Бета-распад). Деление может быть самопроизвольным — спонтанным (туннельный переход) или вызываться нейтронами, заряженными частицами, гамма-квантами.

Чем тяжелее ядро, тем меньше период его спонтанного деления. Ядра с Z > 120 должны делиться мгновенно.

Деление урана под действием нейтронов было открыто в 1938 г. немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом. Спонтанное деление урана открыли в 1940 г. советские физики Г. Н. Флеров и К. А. Петржак.

Открытие деления ядер позволило человечеству получить новый источник энергии (см. Ядерная энергетика).