- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
- •Еще один вид естественной радиоактивности –
- •Пластины камеры покрыты тонким слоем окиси урана-238. Ос- колки, образую- щиеся при де-
- •Чтобы исключить возможность вынужденного деле-
- •Элементарная теория деления ядра
- •Таким образом, поверхностное натяжение препятст-
- •Зависимость энергии связи ядра от
- •Зависимость T1/2 спонтанного деле- ния от параметра
Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
40.(0). Спонтанное деление ядер.
Еще один вид естественной радиоактивности –
спонтанное деление ядер – заключается в том,
что тяжелые ядра самопроизвольно делятся на два осколка с соотношением масс примерно 2:3.
Это явление было открыто в 1940г российскими фи-
зиками Г.Н.Флеровым и К.А.Петржаком (не путать
с вынужденным делением ядер под действием нейтронов, которое открыл Э.Ферми в 1934 г).
Главная трудность экспериментального обнаруже-
ния спонтанного деления урана - зафиксировать
редкие события такого деления на фоне большо- го количества альфа-распадов (T1/2 для урана-238 по альфа-распаду: 4.5·109 лет, а по спонтанному делению: 0.8·1016 лет). Другая трудность - исклю- чить возможность вынужденного деления нейтро-
нами, возникающими под действием космических
лучей.
Пластины камеры покрыты тонким слоем окиси урана-238. Ос- колки, образую- щиеся при де- лении, вызы- вают в камере импульсы тока, величина кото- рых значитель- но больше, чем у импульсов от альфа-частиц.
Чтобы исключить возможность вынужденного деле-
ния ядер урана космическими лучами, опыт прово-
дился под землей на глубине 50 м в московском метро. В результате серии опытов было установ-
лено существование спонтанного деления урана и
определен период полураспада T1/2 = 0.8·1016 лет.
Спонтанное деление конкурирует с альфа-распа- дом, причем для урана период полураспада по отношению к спонтанному делению на несколько порядков больше, чем по альфа-распаду. Однако у трансурановых элементов эта разница быстро уменьшается, и у элементов с порядковым номе- ром больше 100 спонтанное деление – основной вид радиоактивности, ограничивающий их время жизни.
Элементарная теория деления ядра
На рисунке изображена схема этапов деления ядра. На первом этапе ядро меняет свою форму: из сферического становится эллипсоидальным. Объ- ем и состав ядра при этом не меняются, но увели- чивается поверхность, из-за чего возрастает (по абсолютной величине) 2-й член в ф-ле Вейцзекке- ра. Одновременно увеличивается среднее рассто- яние между протонами, поэтому уменьшается (по абсолютной величине) 3-й член этой же формулы.
Таким образом, поверхностное натяжение препятст-
вует, а кулоновское отталкивание способствует
делению. Расчет показывает, что при малых де- формациях поверхностная энергия растет в 2 раза
быстрее, чем уменьшается кулоновская энергия.
Значит, величиной, определяющей способность ядра к делению является отношение кулоновской
энергии к удвоенной поверхностной:
|
3 |
Z 2 |
|
: 2 2 A |
2 / 3 |
|
3 |
Z 2 |
0.0204 |
Z 2 |
(40.1) |
|
1/ 3 |
|
|
2 2 |
A |
A |
|||||
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
Отсюда следует, что значение
Z2 |
|
1 |
49 |
(40.2) |
|
A |
0.0204 |
||||
|
|
|
является критическим.
Это означает, что ядро с соотношением Z2/A > 49 не
может существовать (т.е. если даже оно образова-
лось, то мгновенно должно разделиться). Решая совместно уравнения (40.1) и (40.2), находим пре-
дельное значение для номера химического эле-
мента: Z < 125, т.е. периодическая таблица Менде- леева должна закончиться в районе 125-го эле-
мента.
Полученный результат надо рассматривать как ори-
ентировочную оценку, т.к. возможны другие спосо-
бы оценок, которые дают немного отличающиеся результаты (от 49 до 45). Кроме того, элементар-
ная теория не учитывает оболочечных поправок,
из-за которых ядра с большими номерами могут оказаться достаточно долгоживущими.
Зависимость энергии связи ядра от
параметра деформации
Графическая иллюстрация
результатов вычислений: Пунктирная кривая соответ- ствует Z2/A > 49, т.е. Z > 125, A > 320.
Для сплошной кривой
Z2/A < 49.
Оценки с помощью капель-
ной модели ядра показывают, что ядро с числом протонов Z > 125, должно "мгновенно" (за ядерное время 5·10-22 с) разделиться на осколки.
Зависимость T1/2 спонтанного деле- ния от параметра
Z2/A. Белые кру-
жочки - экспери- ментальные дан- ные; пересекаю- щая рисунок спло- шная кривая рас- считана по ка- пельной модели ядра.
(10-6 года = 31.5с)