Атомная энциклопедия
 

ДЕЛЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА (РЕАКЦИЯ) — особый вид ядерной реакции, при которой ядра тяжелых элементов, например урана или плутония, поглотив нейтрон, приходят в сильно возбужденное состояние Спустя короткое время они делятся на два осколка — ядра атомов элементов, расположенных в середине Периодической таблицы Д. И. Менделеева, выбрасывая при этом целый фейерверк частиц: электронов, фотонов, гамма-квантов и два-три быст­рых нейтрона. В результате этой реакции высвобожда­ется энергия. Например, при делении ядра урана выде­ляется энергия, равная примерно 200 Мэв. Несколь­ко свободных нейтронов, оказавшихся лишними для ядер вновь образовавшихся атомов, при некоторых условиях могут начать каждый свою цепочку деле­ний соседних ядер атомов урана или плутония, бла­годаря чему в слитке этих веществ может возникнуть саморазвивающаяся цепная ядерная реакция.
Деление ядер атомов тяжелых элементов может происходить не только при поглощении нейтронов, но и под действием облучения другими частицами, ускоренными до очень высоких энергий: протонами, дейтронами, альфа-частицами, гамма-квантами и т. п. Однако широкое промышленное применение нашел только один вид деления — посредством облучения делящихся веществ потоком нейтронов в специаль­ных  установках — ядерных    реакторах.
Существует еще один вид деления — так называе­мое спонтанное (самопроизвольное) деление ядер атомов урана (открыто в 1940 г. советскими физика­ми К. А. Петржаком и Г. Н. Флёровым), когда неко­торые ядра атомов урана самопроизвольно, без ка­кого-либо видимого внешнего воздействия, делятся надвое. Это случается очень редко — не более 20 де­лений в час в 1 г урана. Однако при некоторых благоприятных условиях, обычно создаваемых в ядерных реакторах, этого оказывается вполне доста­точно для возбуждения ценной ядерной реакции без необходимости прибегать к какому-либо внешнему (затравочному) источнику нейтронов.
Чтобы можно было хоть сколько-нибудь наглядно представить механизм деления ядра атома тяжелого элемента, например урана,   при   поглощении им нейтрона, еще в 30-х годах советским физиком Я. И. Френкелем, а в США Уилером была предложе­на так называемая капельная модель строения ядра атома, т. е. модель, напоминающая своим поведе­нием каплю жидкости, заряженную положительным электричеством. В ней частицы — нуклоны (прото­ны и нейтроны), из которых сложено ядро, — пред­ставлялись расположенными таким же образом и по очень сходным законам, что и молекулы в сфериче­ской капле жидкости. Электрические заряды одно­именно заряженных молекул жидкости довольно энергично отталкивают их друг от друга, вследствие чего молекулы слабо связаны между собой и очень подвижны, а капля в целом жидкая и стремится «разбухнуть» — разорваться. Примерно так же рас­талкиваются и стремятся разлететься в стороны и положительно заряженные протоны сферического ядра атома.
Но в капле жидкости действуют и другие силы — это поверхностное натяжение наружной молекуляр­ной пленки, которое удерживает (сжимает) молеку­лы жидкости, вследствие чего она и принимает един-j ственно возможную для очень подвижных и слабо связанных друг с другом частиц форму строго сфери­ческой капли. Однако силы поверхностного натяже­ния имеют свои, очень ограниченные пределы дей­ствия, зависящие от свойств жидкости — плотности, вязкости и т. п. Поэтому и размер капли не бывает больше некоторой предельной величины. И здесь можно найти очень близкую аналогию с ядерны­ми силами, удерживающими ядерные частицы, главным образом протоны, в небольшом объеме ядра и не позволяющими им разлетаться со страшной силой в стороны. Существует и резкая граница дей­ствия таких ядерных сил (примерно два диаметра ядра атома), за пределами которой даже этих не­обыкновенно мощных сил не хватает, чтобы преодо­леть огромные силы электростатического отталки­вания.
Когда капля приобретает размеры больше до­пускаемых поверхностным натяжением данной жидкости, она под действием молекулярных электри­ческих сил отталкивания делится на части. Но не вдруг, а сначала деформируется, удлиняется, затем середина ее суживается, капля принимает вид ган­тели и, наконец, разрывается на две части.
Сходным образом при попадании в ядро атома лиш­него для него нейтрона ядро приходит в возбужден­ное состояние. Благодаря внесенной при этом извне энергии, равной 7 Мэв, движение частиц, составляю­щих это ядро, резко убыстряется или, что одно и то же, резко увеличивается температура нуклонного вещества. Расталкиваемое участившимся числом вза­имных столкновений, ядро как бы набухает, и в ка­кой-то момент некоторые его части «выдавливаются» наружу и оказываются в области ослабления дейст­вия удерживающих их внутриядерных сил. Равно­весие сил отталкивания и сил сжатия в ядре нарушается: силы отталкивания протонов начинают преодолевать ядерные силы. Ядро теряет свою сферическую форму, удлиняется, в каком-то месте истончается и, превратившись в гантель, наконец, рвется надвое. Эти половинки, ставшие ядрами атомов средних элементов, с огромной скоростью разлета­ются, неся в себе около 150 Мэв кинетической энер­гии. (Деление на три или четыре осколка случается крайне редко.)
Эти осколки, оказавшись перенасыщенными нейт­ронами, выбрасывают их и, испытав ряд последова­тельных бета-распадов (испуская электроны), пре­вращаются уже в стабильные ядра атомов средних элементов Периодической таблицы Д. И. Менделеева.


Разделы
© 2000 — 2009 Атомная энциклопедия