26. Деление атомных ядер.

Деление тяжелого ядра – процесс его превращения в несколько (обычно 2) ядер, сравнимых по массе.

n_0 + a/z X -> (a+1)/z X + gamma

Особенности реакций деления атомных ядер (АЯ).

Деления ядер сопутствуется высвобождением большого количества энергии. Различается спонтанное деление, относящееся к радиоактивным превращениям, и вынужденное деление, происходящее под действием нейтронов. Процесс деления сравнительно медленный, т.к. требует глубокой перестройки структуры ядра.

Распределение энергии при делении ядер между продуктами.

Основная доля энергии (более 80%), выделяющаяся при делении, высвобождается в виде кинетической энергии осколков деления. Т.к. у относительно легких осколков деления равновесное отношение N/Z существенно меньше исходного ядра, то они перегружены  нейтронами. Их избыток приводит к тому, что часть из них испускается – они называются мгновенными, т.к. вылетают во время деления или сразу после него (они уносят ~3% энергии). После испускания этих нейтронов осколки оказываются в возбужденном состоянии. Они быстро переходят в основное, испуская, гамма квант (еще 3,5%). Но и после этого N/Z велико и ядро освобождается от них рядом betta- распадов с вылетом электронов (4%) и электронных антинейтрино (5%). betta- превращения сопровождаются гамма излучением, но запаздывающим, в сравнении с первичным актом. Далее испускаются запаздывающие нейтроны. Которые появляются в результате того, что некоторые betta- реакции в основное состояние запрещены и получается возбужденная частица, которая и освобождается от нейтрона, переходя в основное состояние.

Элементарная теория деления АЯ. Условие деления и параметр делимости; энергия активации, порог деления.

Энергия активации. Для того чтобы атомное ядро делилось, необходимо, чтобы этот процесс был энергетически выгоден:

Qдел=(epsilon_A/2-epsilon_A)*A>0 т.е. энергия деления положительна. Это необходимое условие, но не всегда достаточное.

Порог деления: рассмотрим модель ядра-капли. Е=Епов+Екул+Е’, где Е’ все вклады, кроме поверхностного и кулоновского. При малом изменении формы Е’=const =>

deltaE=ABS(deltaEпов)-ABS(deltaEкул).

Если deltaE>0, то ядро вернется в исходное состояние – деления не будет (1). Если deltaE<0, то ядро развалится (2).

Параметр делимости: etta=ABS(deltaEкул)/ABS(deltaEпов). Etta>1 соответствует (2), а еtta<1 (1). Еtta=1 называется критическим.

Эффективный порог деления: E_f=Eакт-epsilon_(A+1), где epsilon_(A+1) энергия связи нейтрона в составном ядре (а+1)/z Х (а не в исходном).

Условие вынужденного деления под воздействием нейтрона: E_n> Eакт-epsilon_A+1, где E_n кинетическая энергия нейтрона.

Если ядро не очень тяжелое, т.е. Z^2/A значительно меньше критического, то энергия активизации ядра (а+1)/z Х велико и оно будет делиться сверхбыстрыми нейтронами. Начиная с А=210, энергия активации снижается настолько, что деление могут вызывать быстрые нейтроны. Для некоторых тяжелых ядер Eакт<epsilon_(A1+1), т.е для них эффективный порог деления отрицателен. Такие ядра делятся нейтронами всех энергий, в том числе и тепловыми.

Спонтанное и вынужденное деление АЯ.

Спонтанное деление (СД). С некоторой вероятностью ядро может разделиться непосредственно из основного состояния без сообщения ему энергии извне.

Механизм СД подобен альфа распаду, т.к. оба происходят за счет туннельного эффекта. Т.к. массы осколков велики, то они почти классические частицы, и вероятность их спонтанного деления чрезвычайно мала. Но с ростом Z^2/A энергия активации, т.е. высота потенциального барьера, уменьшается, и вероятность спонтанного деления возрастает.

Деление под действием нейтронов. Интенсивность реакции деления зависит от энергии нейтронов Еn, и от сорта делящихся ядер Х.

Классификация нейтронов по энергиям.

Тепловые нейтроны – нейтроны с энергиями от 0,025 до 0,5 эВ. Их особенность состоит в том, что они состоят в термодинамическом равновесии с окружающей средой.

Резонансные нейтроны – с энергиями от 0,5 до 1 кэВ.

Быстрые нейтроны – с энергиями от 100 кэВ до 14 МэВ.

Изомерия формы АЯ.

Процесс деления сопровождается глубокой перестройкой структуры ядра и затрагивает все нуклоны, а потому при его описании следует учитывать много частичные корреляции, т.е. коллективные степени свободы. Такое описание дает капельная модель ядра. Процесс описывается разрывом капли заряженной жидкости. Поверхностное натяжение препятствует разрыву капли, а электростатическое отталкивание способствует ему.

Рисуем ряд картинок. Окружность с точкой внутри, далее эллипс с двумя центрами. После, эта дрянь эволюционирует в гантельку, далее два шарика, соприкасающихся стенками. После всего этого два отдельных шарика.