Ядерні реакції (стр. 1 из 2)
РЕФЕРАТ
на тему: «Ядерні реакції»
План
1. Природа ядерних реакцій. Поріг і механізм ядерних реакцій.
2. Реакції ділення. Ланцюгова реакція. Використання ядерної енергії.
3. Термоядерні реакції. Енергія зірок. Керований термоядерний синтез.
1. Природа ядерних реакцій. Поріг і механізм ядерних реакцій
Ядерні реакції – це штучне перетворення ядер одних хімічних елементів в ядра інших хімічних елементів під дією на ядра – мішені частинок-снарядів. Вперше ядерну реакцію здійснив у 1919 році Резерфорд, діючи -частинками з енергією біля 7.5 МеВ на ядра азоту
: 
(1.1)Ядерні реакції відбуваються з виконанням законів збереження сумарного масового числа ( верхні індекси ) і сумарного електричного заряду ( нижні індекси ). При здійсненні ядерних реакцій виконуються також закон збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу тощо.
Ядерні реакції можуть бути ендотермічними ( з поглинанням енергії ) і екзотермічними ( з виділенням енергії ).
Найменша енергія частинки-снаряду при якій можлива ендотермічна ядерна реакція, називається енергетичним порогом ядерної реакції.
Екзотермічні реакції не мають енергетичного порога і можуть відбуватись при будь-яких значеннях енергії частинок-снарядів. Однак імовірність ядерних перетворень зростає з ростом енергії частинок -снарядів. В ядерній реакції, яку спостерігав Резерфорд у 1919 році, вперше виявлено вільні протони, які до цього часу ще не реєструвались. Ця ядерна реакція відбувається протягом дуже малого часу
необхідного для пролітання нуклоном з швидкістю, близькою до швидкості світла, через ядро. Такі реакції називають прямими ядерними реакціями.В 1930 році здійснена пряма ядерна реакція взаємодії - частинки з ядром берилію і утворенням вільних нейтронів. Нейтронне випромінювання мало досить велику проникну здатність через відсутність електричного заряду.
(1.2)З відкриттям нейтронів (Чедвік, 1932р.) розпочалась ера різноманітних ядерних реакцій.
В основі переважної більшості ядерних реакцій є зіткнення частинок-снарядів ( до яких відносяться нейтрони, -частинки, протони, дейтрони ) з ядрами-мішенями. Частинка-снаряд повинна мати достатню енергію для подолання значного потенціального бар’єра кулонівських сил відштовхування ядра-мішені. Проникнувши в ядро-мішень частинка-снаряд застрягає в ньому, передаючи при цьому свою енергію значному числу нуклонів в радіусі дії ядерних сил. Якщо ядро-мішень, одержавши таку енергію, стає збудженим протягом часу
то такі ядерні реакції відбуваються через складене або компаунд-ядро.Складене, або компаунд-ядро через час
переходить в нормальний стан, випромінюючи іншу частинку. Схематично ядерні перетворення через проміжне складене ядро виглядять так: 
(1.3)або
де
вихідне ядро – мішень; а – частинка – снаряд; 
складене або компаунд-ядро; b – частинка, яка вилітає з ядра внаслідок реакції; 
ядро, яке є продуктом ядерної реакції.Серед ядерних реакцій, які відбуваються через складене ядро слід відмітити ядерні реакції відриву і ядерні реакції захоплення.
При ядерних реакціях відриву частинки – снаряди (дейтрони) віддають ядру – мішені або один протон, або один нейтрон згідно з схемою:
(1.4)При ядерних реакціях захоплення ядро – мішень поглинувши один протон, або один нейтрон випромінює дейтрон:
(1.5)Прямі ядерні реакції, а також ті, які відбуваються через складене ядро, потребують досить великих енергій налітаючих частинок.
Якщо складене ядро переходить в нормальний стан через час значно більший
то говорять, що в такому випадку відбувається штучна радіоактивність. Такою реакцією може бути така реакція: 
Знайдемо тепловий ефект ядерної реакції, яка здійснюється за схемою
Запишемо спочатку баланс енергій в цій ядерній реакції, враховуючи, що повна енергія ядер дорівнює енергії спокою і кінетичній енергії:
де індексами а і в позначені енергії відповідних частинок ЕА і ЕВ; Е1 – кінетична енергія ядра-мішені; Е2 – кінетична енергія вихідного ядра.
Згрупуємо енергії спокою в лівій частині, а кінетичні енергії – в правій:
Зміна кінетичної енергії в реакції дорівнює абсолютному значенню зміни енергії спокою і називається тепловим ефектом ядерної реакції Q.
. (1.6)У випадку, коли відповідні маси спокою взяті у а.о.м., тепловий ефект реакції Q дорівнює:
(1.7)2. Реакції ділення. Ланцюгова реакція. Використання ядерної енергії
Взаємодія ядер важких елементів (уран, торій) з нейтронами може привести до поділу цих ядер на приблизно рівні осколки. Ядерні реакції такого типу називають реакціями поділу.
Механізм ділення важкого ядра після його взаємодії з нейтроном можна пояснити, виходячи з краплинної моделі будови ядра. В такому ядрі діють ядерні й кулонівські сили. Припустимо, що ядро поглинуло один нейтрон. Таке ядро, перебуваючи в збудженому стані, здійснює відповідну пульсацію, довільно змінюючи свою форму. Серед великої кількості різноманітних пульсацій, форма ядра може випадково стати еліпсоїдною. Завдяки дії поверхневих ядерних сил, а також кулонівських сил відштовхування є велика імовірність, що еліпсоїдне ядро стане гантелеподібним і після цього буде розірване на дві частини. Схематично це виглядить так:
В середній частині “гантелі” буде підвищена концентрація нейтронів. Ці нейтрони не перебувають під дією кулонівських сил, а тому як правило 23 з них не встигають попасти у відповідні осколки ділення. Отже, реакція ділення починається з поглинання важким ядром одного теплового нейтрона і закінчується розривом його на два приблизно рівні осколки з виділенням ще двох-трьох теплових нейтронів.
Зупинимось на реакціях ділення урану. Природний уран складається з двох основних ізотопів
(0,7 %) і 
(99,3 %). Поглинувши тепловий нейтрон (W25 кеВ), ядро 
перетворюється в ядро 
з енергією збудження 6,4 МеВ, а поріг ділення дорівнює 5,8 МеВ. Тому робимо висновок, що ядро 
ділиться під дією нейтрона довільної енергії. В той же час, для 
поріг ділення досягає енергії 5,8 МеВ, а енергія збудженого ядра після взаємодії 
з нейтроном складає приблизно 4,8 МеВ. Робимо висновок, що ядро 
зможе ділитись лише після взаємодії з нейтроном, енергія якого не нижча 1 МеВ.Теплові нейтрони ділять крім ядра
ще ядра 
і ядра 
які в природі не зустрічаються. Ці ізотопи одержують штучно в ядерних реакторах на швидких нейтронах ( W 1 МеВ): 
Торій і
які використовуються для одержання необхідних матеріалів, називають ядерною сировиною.