20 Ядерные реакции под действием нейтрино

21 Деление ядер

Особый вид ядерных реакций может быть осуществлен при делении тяжелых ядер. В 1939 г. экспериментально было обнаружено, что при попадании нейтрона в ядро атома изотопа урана-235 происходит деление ядра на два или три осколка с испусканием двух-трех нейтронов, например по схеме: (рис. 9). Эти нейтроны способны вызвать деление 2–3 новых ядер урана с испусканием 6–9 новых нейтронов и т. д. Процесс может продолжаться сам собою, вовлекая все большее число новых ядер. Такой процесс называетсяцепной ядерной реакцией. При делении одного ядра урана выделение энергии составляет примерно 200 МэВ. При делении 1 кг ядер урана выделяется примерно 8·10¹³ Дж. Это в 2,5 млн. раз больше выделения энергии при сжигании 1 кг каменного угля.

Цепная реакция деления ядер урана не осуществляется в природном уране, поскольку природный уран на 99,3% состоит из изотопа урана-238 и только на 0,7% из изотопа урана-235. Способность к делению под действием нейтронов, испущенных в процессе деления, обнаруживается только у ядер урана-235.

Первое необходимое условие для осуществления цепной реакции деления – разделение изотопов урана. Однако и после разделения изотопов цепная реакция происходит не в любом количествеурана-235. В малом количестве урана большинство нейтронов покидают образец, не встретив на своем пути ни одного ядра урана, так как размеры ядер очень малы и вероятность попадания в них невелика. Цепная реакция может развиваться в том случае, если количество урана больше некоторого минимального значения – критической массы. При этом важна и форма образца. Для шара изурана-235 критическая масса имеет значение около 0,8 кг.

Энергия цепных реакций деления ядер урана и плутония используется при взрывах атомных бомб.

Для управления ходом цепной реакции в ядерном реакторе используются управляющие стержни, содержащие изотопы бора или кадмия, эффективно поглощающие тепловые нейтроны. Энергия, выделяющаяся в процессе цепной реакции деления, выводится из активной зоны реактора теплоносителем. На атомных электростанциях теплоноситель в активной зоне нагревается до высокой температуры, затем передает энергию воде, превращая ее в пар. Пар приводит в действие паровую турбину, турбина вращает ротор электрогенератора 

22 Радиационный захват

Радиационный захват нейтронов - ядерная реакция (n, γ), в которой ядро-мишень захватывает нейтрон, а энергия возбуждения образующегося ядра излучается в виде γ-кванта. Вероятность радиационного захвата зависит от свойств ядра-мишени и от энергии нейтрона E. Вероятность радиационного захвата, как правило, уменьшается с ростом Е (исключения составляют резонансные реакции). Для медленных нейтроновэффективное поперечное сечение радиационного захвата пропорционально E-1/2. Исследование спектра γ- лучей радиационного захвата позволяет определять характеристики образующихся ядер (уровни энергии, спины, чётности). Радиационный захват широко используется для получения радиоактивных изотопов. Этим объясняется его применение в смежных областях. Радиационный захват является основным процессом, обусловливающим поглощение нейтронов в процессе работы ядерных реакторов; его используют для регулирования работы реактора. Так как реакции вида (n,γ) сводятся к захвату нейтрона с последующим испусканием γ-кванта, они называются реакциями радиационного захвата нейтрона. Реакции радиационного захвата идут под действием медленных нейтронов с энергией от 0 до 500 кэВ и широко используются для их детектирования. Реакция радиационного захвата, являясь экзоэнергетической реакцией, идёт на всех ядрах (за исключением 3Не и 4Не), начиная с ядра 1Н и заканчивая ядром 238U. Сечение для тепловых нейтронов в зависимости от нуклида варьируется в широких пределах от 0,1 до 103÷ 106 барн, для быстрых – от 0,1 до несколько барн.