• 5

ГЛАВА 42 ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР. 42.1. ВВЕДЕНИЕ

Деление атомного ядра — это процесс распада воз­бужденного ядра на 2 (реже 3 и 4) сравнимых по массе ядра-осколка деления. Деление ядер сопровождается испусканием вторичных нейтронов, ^-квантов и выделе­нием энергии. Делению подвержены ядра всех тяже­лых элементов, если только они находятся в достаточно высоких возбужденных состояниях. Процесс деления — это один из возможных путей снятия возбуждения ядра; доугие конкурирующие процессы: испускание f-кван- тов, испускание нейтронов и т. п.

Энергию возбуждения можно сообщить ядру облу­чением его т-кваитами или бомбардировкой его части­

цами высокой энергии. При неупругом соударении час­тица может передать ядру часть своей энергии, которая пойдет на возбуждение ядра. Еще один путь получения возбужденного ядра — это образование составного яд­ра при столкновении с частицей. Особо важное значение имеет процесс образования составных ядер при захвате нейтронов.

Порог деления, вызванного -у-квантами (т. е. энер­гия наиболее мягких -у-квантов, еще способных вызвать деление), является непосредственной мерой минималь­ной энергии возбуждения ядра, необходимой для деле­ния. Порог реакции деления под действием нейтронов меньше порога фотоделения составного ядра на величи­ну энергии связи нейтрона с ядром мншени. Поэтому

некоторые из порогов реакции деления ядер под дейст­вием нейтронов отрицательны. Это означает, что процесс деления возможен при захвате ядрами тепловых и хо­лодных нейтронов. Такие ядра называются делящимися.

Кроме указанных механизмов возбуждения ядер, которые приводят к делению, возможен процесс деления ядер без каких-либо видимых внешних воздействий иа ядро. Такой процесс называется спонтанным делением. Вероятность спонтанного деления несоизмеримо меньше вероятности распада тех же ядер, находящихся в воз­бужденном состоянии. Например, константа распада (Г//Й) для спонтанного деления 235U приблизительно равна Ю-24 сек-1, а для возбужденного состояния с энер­гией возбуждения выше порога деления Tj/h — Ю14 сек_1.

После захвата нейтрона образуется составное ядро. Время жизни составного ядра по отношению к делению т = ft/iy%;10-14 сек, это время значительно превыша­ет время, в течение которого нейтрон с энергией 1 Мэв пролетает поперечник ядра ( — Ю-21 сек).

Образующиеся при распаде ядра осколки в большин­стве случаев имеют разные массы, например при делении ядер урана масса легкого осколка 90—100 а. е. м., а тяжелого 130—140 а. е. м. Скорости осколков ~109 см/сек. Импульсы осколков равны и противоположны по знаку. Скорость осколков достигает 90% конечного значения уже при расстоянии между ними ~10-11 см, т. е. когда они еще находятся внутри иаииизшей электронной оболочки атома. Осколки деления первоначально нахо­дятся в возбужденных состояниях. Их суммарная энер­гия возбуждения ~20 Мэв. Возбужденные осколки де­ления ведут себя так же, как и другие возбужденные яд­ра: они распадаются с испусканием частиц и -у-кваитов. Поскольку осколки имеют большие заряды и переобога­щены нейтронами, то испускание нейтронов наиболее вероятно. Время жизии осколков по отношению к ис­пусканию нейтронов ~10-17 сек. Этн нейтроны, испус­каемые при делении ядер возбужденными осколками, называются «мгновенными нейтронами деления». Сред­няя энергия возбуждения осколка после испускания нейтронов равна половине энергии связи нейтрона и равна для обоих осколков 6—7 Мэв. Эта энергия излу­чается в виде у-квантов за время, характерное для ис­пускания у-кмнтов, т. е. около Ю-14 сек.

В начале своего пути осколки имеют положительный заряд от 10 до 20 электронных зарядов, так как некото­рые из орбитальных электронов составного ядра «стря­хиваются» при делении. Проходя через вещество, оскол­ки теряют свою энергию в основном на ионизацию среды. Вдоль пути двух осколков образуется ~5-106 пар иоиов. Замедлившиеся осколки захватывают электроны и к моменту, когда их энергия уменьшается до тепловой энергии среды, становятся электрически нейтральными. Время замедления осколков в воздухе —Ю-9 сек, а в плотных средах ~10~12—10~13 сек. За это время оии про­бегают в воздухе расстояние —2 см, а в плотных средах -lO"3 см.

Заряд замедлившихся осколков (называемых обычно продуктами деления) сильно отличается от заряда ста­бильных атомов с той же массой. Это различие уменьша­ется в результате серии Р-распадов (обычно трех или четырех для каждого осколка).

В отдельных случаях р-распад продуктов деления приводит к высоковозбужденным состояниям дочернего ядра, для которых возможен выброс нейтрона. Так как константа распада по отношению к эмиссии этого «за­паздывающего» нейтрона иамиого превышает коистаиту Р -распада, то испускание нейтронов будет следовать за Р-распадом материнского ядра почти мгновенно и вре­менная зависимость интенсивности запаздывающих нейтронов будет такая же, как у р-распада материнского ядра.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я