Реакции деления ядра

Тяжелое компаунд-ядро, возбужденное при резонансном захвате нейтрона, может разделиться на две приблизительно равные части (реакция деления тяжелых ядер). Образовавшиеся части называются осколками деления. Неустойчивость тяжелых ядер обусловлена взаимным отталкиванием большого числа протонов, находящихся в ядрах.

Пример реакции деления:

.

Деление тяжелого ядра на два осколка сопровождается выделением энергии порядка 1 МэВ на каждый нуклон. Это следует из того, что удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ (см. рисунок на стр. 8−3). Например, при делении ядра урана, содержащего 238 нуклонов, выделяется энергия порядка 200 МэВ.

В основу теории деления атомных ядер положена капельная модель ядра. Ядро рассматривается как капля энергетически заряженной несжимаемой жидкости (а) с плотностью, равной ядерной, и подчиняющейся законам квантовой механики. При захвате нейтрона устойчивость такой заряженной капли нарушается, ядро приходит в колебания — попеременно то вытягивается, то сжимается.

Вероятность деления ядер определяется энергией активации — минимальной энергией, необходимой для осуществления реакции деления ядра. При энергиях возбуждения меньших, чем энергия активации деления, деформация ядра-капли не доходит до критической (б), ядро не делится и возвращается в основное энергетическое состояние, испустив г-квант.

При энергиях возбуждения больше энергии активации деления деформация капли достигает критического значения (в), образуется и удлиняется «перетяжка» в капле (г) и наступает деление (д).

Тяжелые ядра способны к делению, если для них выполняется условие, где — параметр деления. Это условие выполняется для всех ядер, начиная с серебра, для которого .

Критическим параметром деления называется параметр. Ядра с параметром деления большим критического >49 совершенно неустойчивы относительно деления. Такие ядра, если бы они возникли, мгновенно претерпевали бы деление за времена порядка 10^-23 — 10¹⁷ с.

При <49 возможно самопроизвольное (спонтанное) деление ядер, происходящее аналогично б-распаду за счет туннельного эффекта. Однако период полураспада для спонтанного деления ядер составляет 10¹⁶ — 10¹⁷ лет.

Осколки деления в момент своего образования обладают избытком нейтронов, поскольку для средних ядер число протонов приблизительно равно числу нейтронов (), а для тяжелых ядер число нейтронов значительно превышает число протонов (). Избыточные нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. В среднем на каждый акт деления приходится 2,5 испущенных нейтронов. Большинство из них испускается практически мгновенно (с) — мгновенные нейтроны, а часть (~0,7%) спустя некоторое время после деления () — запаздывающие нейтроны.