6.2. Деление тяжёлых ядер

Деление тяжёлых ядер сопровождается выделением

большого количества энергии. В 1938 г. немецкие учёные О.Ган и Ф. Штрассман обнаружили, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины периодической системы Барий и Лантан, т.е.

Дальнейшие исследования показали что наиболее вероятное соотношение масс осколков 2:3. процент выхода таких осколков составляет ≈7 % для остальных осколков неизмеримо меньше (наиболее вероятные осколки

А=95:140≈2:3).

Удельная энергия связи для ядер средней массы примерно на 1 МэВ больше чем удельная энергия тяжёлых ядер. Следовательно, деление ядер должно сопровождаться выделением большого количества энергии.

Деление одного ядра высвобождает 240 МэВ (отметим, что при соединении одного атома углерода с двумя атомами кислорода (горение угля до СО₂) выделяется всего ≈5эВ т.е. в 50∙10⁶ раз меньше). Именно это колосальное количество выделяемой энергии, которое можно использовать заставляет человечество идти по пути развития атомной энергетики.

При делении ядер излучаются нейтроны, они в свою очередь вызывают деление соседних ядер и в общем случае возникает цепная реакция с нарастающими нейтронными потоками.

Однако при малой начальной массе урана большинство нейтронов вылетают за пределы делящегося вещества и не участвуют в возникновении ядерной реакции, оставшиеся нейтроны либо поглощаются ядрами примесей, либо не обладают достаточной кинетической энергией и поэтому уменьшение массы урана меньше определенной критической массы не позволяет возникнуть ядерной реакции. При массе больше критической поток нейтронов быстро нарастает и реакция приобретает взрывной характер (атомная бомба)

В атомной бомбе существует массивная оболочка, которая служит отражателем (возвращателем) нейтронов и удерживает ядерный заряд от распыления до максимально возможного реагирования массы ядерного веществ. Цепная реакция в ядерной бомбе идет на быстрых нейтронах. Однако, при взрыве успевает прореагировать только часть ядерного вещества.

В ядерных реакторах ядерное вещество разделено на блоки, размещенные в графитовом замедлителе (рассеивателе) нейтронов. Между блоками вводят регулирующие кадмиевые или боровые стержни (поглощающие нейтронное излучение).

Впервые уран-графитовый реактор пущен в 1942 г. в Чикагском университете под руководством итальянского физика Э. Ферми. У нас в 1946 г. в Москве под руководством Курчатова впервые в мире была спроектирована, построена и введена в эксплуатацию в 1954 г. атомная электростанция мощностью 5000 кВт.

Большая плотность ядра, и большая энергия, выделяемая при делении ядер есть результат действия ядерных сил. Рассмотрим их подробнее.