Радіоактивні перетворення ядер

Інші види радіоактивності

а) Протонна радіоактивність — випромінювання протона з ядра в основному стані. Звичайно цей процес спостерігається в штучно отриманих ядрах із великим дефіцитом нейтронів.

б) Спонтанний поділ — самодовільне розщеплення ядер із Z >. 90 (торій, протактиній, уран і трансуранові елементи) на два ядра-осколки з приблизно однаковими масами (M1:М2<<2:3). У подібних процесах вивільняється велика кількість енергії (Q≈200 МeВ). її поява обумовлена тим, що маса вихідного ядра більша за суму мас ядер-осколків.

в) Випромінювання запізнілих нейтронів — каскадний процес, що складається з двох етапів:

— β- -розпад, при якому утворюється дочірнє ядро в сильнозбудженому стані;

— випущення нейтрона дочірнім ядром; у зв'язку з тим, що нейтрон випромінюється тільки після β+-розпаду, його називають запізнілим нейтроном.

г) Випромінювання запізнілих протонів — процес, аналогічний до попереднього. Тут першим етапом є β+-розпад з утворенням сильнозбудженого дочірнього ядра, після чого дочірнє ядро випромінює протон.

Обидва процеси випромінювання запізнілих нуклонів виявлені тільки в штучно створених ядрах, які сильно перевантажені відповідними нуклонами.

Поділ і синтез ядер

Як відомо, енергія зв'язку ядра виражається в енергетичних характеристиках різницею маси атомного ядра й суми мас усіх складових нуклонів:Експериментально доведено, що енергія зв'язку Д Наскладає тільки 1 % енергії спокою атома, причому для різних ядер її точні значення сильно коливаються. Частка, яку складає енергія взаємодії нуклонів від енергії спокою, залежить від кількості взаємодіючих нуклонів. Зі зростанням кількості нуклонів вона спочатку зростає, а потім зменшується. Особливо міцно нуклони зв'язані в середніх за масою ядрах, слабше — у важких і дуже легких ядрах.

Основна причина розходження в енергії зв'язку різних атомів полягає в тому, що різні нуклони в ядрі вступають у різні за силою взаємодії. Умовно всі нуклони ядра можна розділити на дві групи: внутрішні й зовнішні (поверхневі). Внутрішні нуклони оточені сусідами з усіх боків, а зовнішні мають сусідів тільки з внутрішнього боку. Аналогічно до поверхневого натягу рідин внутрішні нуклони ядра взаємодіють із сусідами сильніше, ніж поверхневі.

У легких ядер частка внутрішніх нуклонів дуже мала. Можна сказати, що в них усі нуклони є зовнішніми. Зі збільшенням маси ядра частка внутрішніх нуклонів збільшується, а разом із нею зростає і енергія зв'язку. Однак, починаючи з певного числа нуклонів (А = 40—60), стає помітним їхнє електричне відштовхування, що призводить до зменшення енергії зв'язку у важких ядер.

Розходження в енергії зв'язку різних ядер може бути використане для звільнення внутрішньоядерної енергії. Наприклад, якщо ядро Урану розділити навпіл, то сумарна маса отриманих половинних ядер складає 0,999 від маси вихідного ядра. Надлишок маси перетвориться на енергію. Саме цей принцип покладено в основу практичного використання реакцій поділу ядер.

При синтезі легких ядер, тобто при їхньому злитті в більш важкі, також відбувається виділення енергії. Це відбувається за рахунок того, що утворюються більш стійкі ядра, взаємозв'язок нуклонів у яких набагато сильніший, ніж у вихідних ядрах. Тому процес їхнього злиття виявляється енергетично вигідним. На сьогодні проблема практичного синтезу не вирішена до кінця, хоча цей напрямок видобутку ядерної енергії є вигіднішим, ніж ядерний поділ (енергія синтезу, що припадає на одиницю маси, кількісно в кілька разів перевершує питому енергію поділу). Зараз уже добре освоєний вибуховий синтез, але здійсненню керованої термоядерної реакції ще перешкоджає ряд певних труднощів. Так, щоб виділювана ядром енергія була більшою за поглинену, необхідним є виконання критерію Лоусона. Відповідно до нього, густина у температура Г і час утримання г дейтерій-тритієвої плазми повинні задовольняти умовам