Kodolreakciju klasifikācija un praktiskā izmantošana. Kodolreakcijas. Reakcijas uz lēnajiem neitroniem

Liela loma ideju izstrādē par kodolu uzbūvi bija kodolreakciju izpētei, kas sniedza plašu informāciju par kodolu ierosināto stāvokļu spiniem un paritātēm un veicināja čaulas modeļa izstrādi. Reakciju izpēte, kas ietver vairāku nukleonu apmaiņu starp saduras kodoliem, ļāva izpētīt kodola dinamiku stāvoklī ar lielu leņķisko momentu. Rezultātā tika atklātas garas rotācijas joslas, kas kalpoja par vienu no pamatiem vispārināta kodola modeļa izveidei. Saduroties smagajiem kodoliem, veidojas kodoli, kas dabā neeksistē. Transurāna elementu sintēze lielā mērā balstās uz smago kodolu mijiedarbības fiziku. Reakcijās ar smagajiem joniem veidojas kodoli, kas atrodas tālu no β-stabilitātes joslas. Kodoli, kas atrodas tālu no β-stabilitātes joslas, atšķiras no stabiliem kodoliem ar atšķirīgu Kulona un kodola mijiedarbības attiecību, protonu skaita un neitronu skaita attiecību, būtisku atšķirību protonu un neitronu saistīšanas enerģijās, kas izpaužas pati par sevi jaunajos radioaktīvās sabrukšanas veidos – protonu un neitronu radioaktivitātē un virknē citu specifisku pazīmju atomu kodoli.
Analizējot kodolreakcijas, ir jāņem vērā daļiņu viļņu raksturs, kas mijiedarbojas ar kodoliem. Daļiņu mijiedarbības ar kodoliem procesa viļņveida raksturs skaidri izpaužas elastīgā izkliedē. Tādējādi nukleoniem ar enerģiju 10 MeV samazinātais de Broglie viļņa garums ir mazāks par kodola rādiusu, un nukleona izkliedes laikā rodas raksturīgs difrakcijas maksimumu un minimumu modelis. Nukleoniem ar enerģiju 0,1 MeV viļņa garums ir lielāks par kodola rādiusu un nav difrakcijas. Neitroniem ar enerģiju<< 0.1 МэВ сечение реакции ~π 2 гораздо больше, чем характерный размер площади ядра πR.
Kodolreakcijas ir efektīva metode kodoldinamikas pētīšanai. Kodolreakcijas notiek, mijiedarbojoties divām daļiņām. Kodolreakcijas laikā starp daļiņām notiek aktīva enerģijas un impulsa apmaiņa, kā rezultātā veidojas viena vai vairākas daļiņas, kas aizlido no mijiedarbības reģiona. Kodolreakcijas rezultātā notiek sarežģīts atoma kodola pārkārtošanās process. Tāpat kā kodola uzbūves aprakstā, arī kodolreakciju aprakstā praktiski nav iespējams iegūt precīzu problēmas risinājumu. Un tāpat kā kodola uzbūvi apraksta dažādi kodolmodeļi, tā kodolreakcijas gaitu apraksta dažādi reakcijas mehānismi. Kodolreakcijas mehānisms ir atkarīgs no vairākiem faktoriem: krītošās daļiņas veida, mērķa kodola veida, krītošās daļiņas enerģijas un vairākiem citiem faktoriem. Viens no ierobežojošajiem kodolreakcijas gadījumiem ir tiešā kodolreakcija. Šajā gadījumā krītošā daļiņa nodod enerģiju vienam vai diviem kodola nukleoniem, un tie atstāj kodolu, nesadarbojoties ar citiem kodola nukleoniem. Tiešās kodolreakcijas raksturīgais laiks ir 10 -23 s. Tiešas kodolreakcijas notiek visos kodolos ar jebkuru krītošās daļiņas enerģiju. Tiešās kodolreakcijas izmanto, lai pētītu atomu kodolu vienas daļiņas stāvokļus, jo reakcijas produkti satur informāciju par to līmeņu stāvokli, no kuriem nukleons tiek izsists. Ar tiešo kodolreakciju palīdzību tika iegūta detalizēta informācija par kodolu vienas daļiņas stāvokļu enerģijām un aizņemšanu, kas veidoja kodola čaulas modeļa pamatu. Otrs ierobežojošais gadījums ir notiekošās reakcijas salikto kodolu veidošanās.

Kodolreakciju mehānisma apraksts sniegts V. Veisskopfa darbos.

V. Veiskopfs: "Kas notiek, kad daļiņa nonāk kodolā un saduras ar kādu no kodola sastāvdaļām? Attēlā ir parādītas dažas no šīm iespējām.
1) Krītošā daļiņa zaudē daļu savas enerģijas, paceļot kodoldaļiņu augstākā stāvoklī. Tas būs neelastīgas izkliedes rezultāts, ja krītošajai daļiņai paliks pietiekami daudz enerģijas, lai atkal atstātu kodolu. Šo procesu sauc par tiešo neelastīgo izkliedi, jo tas ietver izkliedi tikai no vienas kodola sastāvdaļas.
2) Krītošā daļiņa nodod enerģiju kolektīvajai kustībai, kā tas simboliski parādīts attēla otrajā diagrammā, tā arī ir tieša mijiedarbība.
3) Attēla trešajā shēmā pārnestā enerģija ir pietiekami liela, lai izvilktu nukleonu no mērķa. Šis process veicina arī tiešo kodolreakciju. Principā tas neatšķiras no 1), tas atbilst "apmaiņas reakcijai".
4) Ienākošā daļiņa var zaudēt tik daudz enerģijas, ka paliek saistīta kodola iekšienē, pārnesto enerģiju var uzņemt zemu nukleons tā, ka tā nevar iziet no kodola. Pēc tam mēs iegūstam satrauktu kodolu, kas nevar emitēt nukleonu. Šis stāvoklis noteikti izraisa turpmāku nukleonu ierosmi iekšēju sadursmju rezultātā, kurās enerģija uz vienu ierosināto daļiņu vidēji samazinās, tā ka vairumā gadījumu nukleons nevar atstāt kodolu. Līdz ar to tiks sasniegts stāvoklis ar ļoti ilgu mūžu, kas var sabrukt tikai tad, ja viena daļiņa sadursmēs kodola iekšienē nejauši iegūst pietiekami daudz enerģijas, lai izietu no kodola. Šo situāciju mēs saucam par saliktā kodola veidošanos. Enerģiju var zaudēt arī starojums, pēc kura daļiņas izkļūšana kļūst enerģētiski neiespējama: krītošais nukleons piedzīvo starojuma uztveršanu.
5) Saliktā kodola veidošanos var veikt divos vai vairākos posmos, ja pēc 1) vai 2) tipa procesa krītošais nukleons savā ceļā ietriecas citā nukleonā un ierosina to tā, ka tas nav iespējams. jebkurš nukleons, lai atstātu kodolu.

Pirmo reizi ideju par kodolreakciju, kas norit cauri salikta kodola stadijai, izteica N. Bors. Saskaņā ar saliktā kodola modeli, krītošā daļiņa pēc mijiedarbības ar vienu vai diviem kodola nukleoniem lielāko daļu savas enerģijas nodod kodolam, un kodols to uztver. Saliktā kodola kalpošanas laiks ir daudz ilgāks nekā krītošas ​​daļiņas lidojuma laiks caur kodolu. Enerģija, ko krītošā daļiņa ievada kodolā, tiek pārdalīta starp kodola nukleoniem, līdz ievērojama tās daļa koncentrējas uz vienas daļiņas, un tad tā izlido no kodola. Ilgstoša ierosināta stāvokļa veidošanās var izraisīt tā skaldīšanu deformācijas rezultātā.

N. Bors: "Neitronu uztveršanas fenomens liek mums pieņemt, ka sadursmei starp ātro neitronu un smago kodolu, pirmkārt, vajadzētu izraisīt sarežģītas sistēmas veidošanos, kurai raksturīga ievērojama stabilitāte. Šīs starpsistēmas iespējamā turpmākā sabrukšana ar materiāla daļiņas izmešanu vai pāreja uz galīgo stāvokli ar starojuma enerģijas kvanta emisiju jāuzskata par neatkarīgiem procesiem, kuriem nav tiešas saistības ar sadursmes pirmo fāzi. Šeit mēs sastopamies ar būtisku atšķirību, kas līdz šim nav atpazīta, starp reālām kodolreakcijām — parastajām ātro daļiņu un atomu sistēmu sadursmēm — sadursmēm, kas līdz šim ir bijušas mūsu galvenais informācijas avots par atoma uzbūvi. Patiešām, iespēja šādās sadursmēs saskaitīt atsevišķas atomu daļiņas un izpētīt to īpašības, pirmkārt, ir saistīta ar aplūkojamo sistēmu "atvērtību", kas padara enerģijas apmaiņu starp atsevišķām daļiņām trieciena laikā ļoti maz ticamu. Tomēr kodolā notiekošās daļiņu ciešās iesaiņošanās dēļ mums jābūt gataviem tam, ka tieši šai enerģijas apmaiņai ir galvenā loma tipiskajās kodolreakcijās.

Kodolreakciju klasifikācija. Kodolreakcijas ir efektīvs līdzeklis atomu kodolu struktūras izpētei. Ja krītošās daļiņas viļņa garums ir lielāks par kodola izmēru, tad šādos eksperimentos tiek iegūta informācija par kodolu kopumā. Ja kodola izmērs ir mazāks, tad informācija par kodolvielas blīvuma sadalījumu, kodola virsmas struktūru, korelāciju starp nukleoniem kodolā un nukleonu sadalījumu pa kodola čaulām tiek iegūta no reakcijas šķērsgriezumi.

• Kodolu kulonu ierosme salīdzinoši lielu lādētu daļiņu (protonu, α-daļiņu un smago oglekļa un slāpekļa jonu) iedarbībā tiek izmantota, lai pētītu smago kodolu zemās rotācijas līmeņus.
• Reakcijas ar smagajiem joniem uz smagajiem kodoliem, kas izraisa sadursmes kodolu saplūšanu, ir galvenā metode supersmago atomu kodolu iegūšanai.
• Vieglo kodolu saplūšanas reakcijas pie salīdzinoši zemām sadursmes enerģijām (tā sauktās kodoltermiskās reakcijas). Šīs reakcijas rodas kvantu mehāniskās tunelēšanas dēļ caur Kulona barjeru. Kodoltermiskās reakcijas notiek zvaigznēs 10 7–10 10 K temperatūrā, un tās ir galvenais zvaigžņu enerģijas avots.
• Fotokodolu un elektronu kodolreakcijas notiek, kad γ-kvanti un elektroni ar enerģiju E > 10 MeV saduras ar kodoliem.
• Smago kodolu dalīšanās reakcijas, ko pavada dziļa kodola pārkārtošanās.
• Reakcijas radioaktīvo kodolu staros paver iespējas iegūt un pētīt kodolus ar neparastu protonu un neitronu skaita attiecību, kas atrodas tālu no stabilitātes līnijas.

Kodolreakciju klasifikācija parasti tiek veikta pēc krītošās daļiņas veida un enerģijas, mērķa kodolu veida un krītošās daļiņas enerģijas.

Reakcijas uz lēnajiem neitroniem

“1934. gads Kādu rītu Bruno Pontekorvo un Eduardo Amaldi pārbauda noteiktu metālu radioaktivitāti. Šie paraugi tika veidoti mazos, tāda paša izmēra dobos cilindros, kuros varēja ievietot neitronu avotu. Lai apstarotu šādu cilindru, tajā tika ievietots neitronu avots, un pēc tam viss tika ievietots svina kastē. Šajā nozīmīgajā rītā Amaldi un Pontekorvo eksperimentēja ar sudrabu. Un pēkšņi Pontekorvo pamanīja, ka ar sudraba cilindru notiek kaut kas dīvains: tā darbība ne vienmēr ir vienāda, tā mainās atkarībā no tā, kur tas ir novietots, svina kastes vidū vai stūrī. Pilnīgi apmulsuši, Amaldi un Pontekorvo devās ziņot par šo brīnumu Fermi un Razetti. Franke sliecās šīs dīvainības saistīt ar kādu statistisku kļūdu vai neprecīziem mērījumiem. Un Enriko, kurš uzskatīja, ka katrai parādībai ir nepieciešama pārbaude, ieteica mēģināt apstarot šo sudraba cilindru ārpus svina kastes un redzēt, kas notiek. Un tad viņi veica absolūti neticamus brīnumus. Izrādījās, ka objekti, kas atrodas cilindra tuvumā, var ietekmēt tā darbību. Ja cilindrs tika apstarots, stāvot uz koka galda, tā aktivitāte bija lielāka nekā tad, kad tas tika novietots uz metāla plāksnes. Tagad par to ieinteresējās visa grupa un visi piedalījās eksperimentos. Viņi novietoja neitronu avotu ārpus cilindra un novietoja dažādus priekšmetus starp to un cilindru. Svina plāksne nedaudz palielināja aktivitāti. Svins−smaga viela. "Nāc, tagad izmēģināsim vieglāko!−ierosināja Fermi.−Teiksim, parafīns. 22. oktobra rītā tika veikts eksperiments ar parafīnu.
Viņi paņēma lielu parafīna gabalu, izdobja tajā caurumu un ievietoja neitronu avotu iekšā, apstaroja sudraba cilindru un nogādāja to pie Geigera skaitītāja. Lete, it kā no ķēdes, nošķobījās. Visa ēka dārdēja ar izsaukumiem: “Neiedomājami! Neiedomājami! Melnā maģija!" Parafīns simts reizes palielināja sudraba mākslīgo radioaktivitāti.
Pusdienlaikā grupa fiziķu negribīgi izklīda brokastu pārtraukumā, kas parasti viņiem ilga divas stundas... Enriko izmantoja savu vientulību, un, atgriezies laboratorijā, viņam jau bija gatava teorija, kas izskaidroja dīvaina parafīna iedarbība.

Kodolreakcijas ir atomu kodolu transformācijas mijiedarbības laikā ar elementārdaļiņām (ieskaitot y-kvantus) vai savā starpā. Visizplatītākais kodolreakcijas veids ir reakcija, kas simboliski uzrakstīta šādi:

kur X un Y ir sākuma un beigu kodoli, a un b- bombardē un izdala (vai izdala) kodolreakcijas daļiņas.

Jebkurā kodolreakcijā tiek izpildīti lādiņa un masas skaitļu saglabāšanas likumi: maksu summa (masīvs) kodolu un daļiņu skaits, kas nonāk kodolreakcijā, ir vienāds ar reakcijas galaproduktu (kodolu un daļiņu) lādiņa (masas) skaitļu summu. Arī veikts enerģijas nezūdamības likumi, impulss un impulsa moments.

Atšķirībā no radioaktīvās sabrukšanas, kas vienmēr notiek ar enerģijas izdalīšanos, kodolreakcijas var būt eksotermiskas (ar enerģijas izdalīšanos) vai endotermiskas (ar enerģijas absorbciju).

Nozīmīgu lomu daudzu kodolreakciju mehānisma skaidrošanā spēlēja N. Bora (1936) pieņēmums, ka kodolreakcijas norit divos posmos pēc šādas shēmas:

Pirmais posms ir daļiņas a uztveršana ar kodolu X, tuvojoties tai kodolspēku darbības attālumā (apmēram 2 10 15 m), un starpposma kodola C veidošanās, ko sauc par savienojumu (vai savienojumu-kodolu). . Kodolā ielidojušās daļiņas enerģija ātri sadalās starp saliktā kodola nukleoniem, kā rezultātā tā atrodas ierosinātā stāvoklī. Saliktā kodola nukleonu sadursmē var rasties viens no nukleoniem (vai to kombinācija, piemēram, deuterons - ūdeņraža smagā izotopa - deitērija kodols, kas satur vienu protonu un vienu neitronu) vai cx daļiņa. saņem pietiekami daudz enerģijas, lai izkļūtu no kodola. Rezultātā iespējama otrā kodolreakcijas stadija - saliktā kodola sadalīšanās kodolā Y un daļiņā. b.

Kodolreakciju klasifikācija

Atkarībā no reakcijās iesaistīto daļiņu veida:

• reakcijas neitronu ietekmē;
• reakcijas lādētu daļiņu (piemēram, protonu, (X-daļiņu)) iedarbībā.

Atbilstoši reakciju izraisošo daļiņu enerģijai:

• reakcijas pie zemām enerģijām (no eV), kas notiek galvenokārt ar neitronu piedalīšanos;
• reakcijas ar vidēju enerģiju (vairāki MeV), iesaistot kvantus un lādētas daļiņas;
• reakcijas pie augstām enerģijām (simtiem un tūkstošiem MeV), izraisot to cilvēku piedzimšanu, kas nav brīvā stāvoklī elementārdaļiņas un kam liela nozīme lai tās izpētītu.

Atkarībā no reakcijās iesaistīto kodolu veida:

• reakcijas uz vieglajiem kodoliem (A 50);
• reakcijas uz vidējiem kodoliem (50 A
• reakcijas uz smagajiem kodoliem (A > 150).

Pēc notiekošo kodolpārveidojumu rakstura:

• reakcijas ar neitronu emisiju;
• reakcijas ar lādētu daļiņu emisiju. Pirmā kodolreakcija (Rutherford; 1919)

Kodolreakcija ir kodola pārkārtošanās process, ko pavada jaunu daļiņu rašanās, kas rodas divu kodolu vai kodola un daļiņas darbības rezultātā vai mijiedarbības rezultātā, kad tie tuvojas viens otram attālumā, kādā notiek darbība. kodolspēki sāk izpausties.

AT laboratorijas apstākļi kodolreakcijas galvenokārt tiek veiktas, bombardējot kodolus ar ātru daļiņu stariem. Sadursmes rezultātā parādās jaunas daļiņas, daļiņu enerģija un impulss tiek pārdalīti.

Reakciju reģistrē formā, kas ir līdzīga ķīmisko reakciju reģistrēšanai:

Vai, kas ir vairāk pieņemts kodolfizikā, kā

kur a ir staru kūļa daļiņa, A ir mērķa kodols, izstarotā daļiņa, B ir produkta kodols (vai gala kodols).

Pilns kodolreakcijas ieraksts satur elementu simbolus, lādiņu skaitu un masas skaitļus. Piemēram, pirmo reakciju, ko Rezerfords veica 1919. gadā, var rakstīt kā

Ja mēs runājam par vispārējs tips reakcija, neatkarīgi no konkrētā mērķa veida, ieraksts tiek veikts arī šādā formā:

Pirmais burts iekavās norāda krītošās daļiņas veidu, burts (vai burti) aiz komata norāda, kuras daļiņas veidojas reakcijas rezultātā papildus atsitiena kodolam.

Bombardējošās daļiņas sadursme ar mērķa kodolu var izraisīt dažādas sekas:

1. Elastīgā izkliede - mijiedarbība, kurā daļiņa un kodols saglabā savu individualitāti un notiek tikai to kinētiskās enerģijas pārdale. Daļiņu kustība pēc mijiedarbības pakļaujas elastīgās ietekmes likumiem. Kodola sastāvs un iekšējā enerģija, kā arī daļiņas veids nemainās:

2. Neelastīgā izkliede. Šajā gadījumā izstarotā daļiņa ir tāda paša tipa kā krītošā, bet gala kodols veidojas ierosinātā stāvoklī, ko norāda ar zvaigznīti. Arī kodola sastāvs nemainās:

3. Faktiskā kodolreakcija ir mijiedarbība, kurā iekšējās īpašības un mērķa kodola sastāvs un tiek emitēta jauna daļiņa:

Katrs no šiem vienādojumiem nosaka, kā saka, savu reakcijas kanālu.

Kodolreakciju šķērsgriezumi un iznākums.

Pētot kodolreakciju, viņi cenšas noteikt: tās plūsmas iespējamību pa dažādiem kanāliem pie dažādām krītošo daļiņu enerģijām - tā saukto šīs reakcijas "ražu", reakcijas produktu leņķisko un enerģijas sadalījumu.

Kā jau minēts, reakcijas efektīvais šķērsgriezums izsaka noteiktas transformācijas iestāšanās iespējamību, kad kodols tiek bombardēts ar plūsmu ar blīvumu 1 daļiņa sekundē sekundē. Ja mērķis satur kodolus un plūsmu I daļiņas uz tā nokrīt 1 sekundi, pēc tam kodolpārvērtības notiek 1 sekundē. Kopējais efektīvais šķērsgriezums ir visu kanālu procesu šķērsgriezumu summa

Svarīga īpašība reakcija ir efektīvā šķērsgriezuma atkarība no krītošās daļiņas enerģijas:

Šīs atkarības sauc par kodolreakcijas ierosmes funkcijām.

Reakcijas iznākums pie noteiktas krītošo daļiņu enerģijas, t.i., notikušo reakcijas notikumu skaita attiecība pret to daļiņu skaitu, kuras nokrita uz mērķi, ar nosacījumu, ka vienāda bombardējošo daļiņu plūsma nokrīt uz visiem mērķa kodoliem. Iznākumu var aprēķināt, zinot procesa efektīvo šķērsgriezumu, kur ir mērķa atomu skaits kolonnā ar šķērsgriezumu un augstumu, kas vienāds ar mērķa biezumu

Ja mērķa vielas blīvums, tad

Biezam mērķim, kurā notiek gan enerģijas izmaiņas, gan daļiņu plūsmas samazināšanās, kodolreakciju iznākuma izteiksmei ir sarežģītāka forma.

Turchina N.V. Fizika uzdevumos augstskolu reflektantiem - M.: Oniks, 2008. - 768 lpp.
ISBN 978-5-94666-452-3
Lejupielādēt(tiešā saite) : fizvzadachahdlyapostvvuzi2008.pdf Iepriekšējais 1 .. 157 > .. >> Nākamais

20.5.7. Neitrona rezonanses uztveršana ar urāna izotopu 292U rada radioaktīvu urāna izotopu 239U. Tas tiek pakļauts P-sabrukšanai un pārvēršas par transurāna elementa neptūnija izotopu 2^Np. Neptūnijs ir P-radioaktīvs un pārveidojas

pārveidots par plutoniju 94Pu, kam ir izšķiroša nozīme kodolenerģijas ieguvē. Pierakstiet aprakstītās kodolreakcijas.

20.5.8. Lielākā daļa kodolreakciju var notikt vairākos veidos, ko sauc par "reakcijas kanāliem". Piemēram, ja litija izotopu 7Ll apstaro ar protoniem,

398
klīst: a) divi identiski kodoli; b) berilija izotopa Be kodolu un neitronu. Uzrakstiet norādīto "reakcijas kanālu" reakcijas.

20.5.9. Uzrakstiet trūkstošos simbolus šādām reakcijām:

h 27 .., 1 A ", 4TT ... 56--, A " 56 ", 1

a) 13AI + 0 n ^ Z X + 2 He; b) 25 MP + z X ^ 26Fe + 0 n ;

A 1 22 4 27 26 A

c) ZX + iH^nNa + 2He; d) 13Al + Y ^ 12Mg + zx*

20.5.10. Elements rutherfordium tika iegūts, apstarojot plutoniju

94Pu ar 10Ne neona kodoliem. Uzrakstiet reakciju, ja ir zināms, ka papildus tai veidojas vēl četri neitroni.

20.6. Kodolreakcijas enerģija

20.6.1. Nosakiet kodolreakcijas enerģiju 3Li + 1H ^ ^ 24He.

20.6.2. Nosakiet šādu reakciju termiskos efektus:

a) 3Li + 1p ^ 4Be + 0n; b) 4Be + 0n ^ 4Be + y;

7 4 10 1 16 2 14 4

c) 3Li + 2a ^ 5 B + 0n; d) 8O + 1d ^ 7N + 2a.

20.6.3. Kādai jābūt minimālajai enerģijai a-daļiņai

veikt kodolreakciju 3Li + 2He ° 5B + 0n ?

20.6.4. Atrodiet kodola laikā izstarotā Y kvanta enerģiju

23 reakcijas 1H + n^1H + Y.

20.6.5. Ūdeņraža bumbas sprādziena laikā notiek hēlija atomu 4He veidošanās termokodolreakcija no deitērija 1n un tritija 1n.

Uzrakstiet kodolreakciju un nosakiet tās enerģiju.

20.6.6. Noteikt kodolreakcijas enerģiju 4Be +1H ^

^14Be + ^H. Kāda enerģija izdalīsies pilnīgas berilija reakcijas laikā ar masu m = 1 g?

20.6.7. Kodoltermiskā reakcija 1h + 2He ^ 4He + ^p norisinās, atbrīvojoties enerģijai E1 = 18,4 MeV. Kāda enerģija tiek atbrīvota

reakcija 3He + 2He ^ !He + 2^ , ja 2He kodola masas defekts ir

Am = 0,006 amu vairāk nekā kodols 1H ?

399
20.6.8. Izmantojot saistīšanas enerģijas definīciju, parādiet, ka enerģiju, kas nepieciešama, lai kodolu C atdalītu kodolos A un B, var attēlot šādi: Eab = Ec - (Ea + Eb), kur Ea, Eb, Ec ir atbilstošās saistīšanas enerģijas. kodoli. Nosakiet enerģiju, kas nepieciešama, lai 16O skābekļa kodolu sadalītu a-daļiņā un 12C oglekļa kodolā. Saistošās enerģijas: E16^ = 127,62 MeV, Ea = 28,30 MeV, E12^ =

92,16 MeV.

20.6.9. Reakcijā 3Li + 1H ^ 3Li + 1p atbrīvojas enerģija Q = 5,028 MeV. Litija kodola saistīšanas enerģija E1 = 39,2 MeV, deitērija E2 = 1,72 MeV. Nosakiet litija kodola masu.

20.6.10. Kodolu ar īpatnējo saistīšanas enerģiju є = 8,5 MeV/kodols skaldīšanas laikā veidojas divi fragmenti - viens ar masas skaitli Ai = 140 un īpatnējo saistīšanas enerģiju Єї = 8,3 MeV/kodols, otrs ar masas skaitli A2 = 94 un īpatnējā saistīšanas enerģija є2 = 8,6 MeV. Novērtējiet siltuma daudzumu, kas izdalīsies, dalot sākotnējo kodolu masu m = 1 g. Skaitīt tr = mn =

1,6724 10-27 kg.

20.6.11. Pieņemot, ka vienā 235U urāna kodola skaldīšanas aktā izdalās enerģija Eo = 200 MeV, nosaka sadegšanas laikā izdalīto enerģiju m = 1 kg urāna un ogļu masu mi, kas termiski ekvivalents 1 kg urāna.

20.6.12. Urāna 235U kodola skaldīšanas laikā izdalās enerģija Q = 200 MeV. Kāda daļa no pārējās urāna enerģijas ir atbrīvotā enerģija?

20.6.13. Nosakiet kodoldegvielas masas plūsmas ātrumu 235 U collas kodolreaktors atomelektrostacija. Elektrostacijas siltumjauda P = 10 MW; tā efektivitāte n = 20%. Viena skaldīšanas notikuma laikā izdalītā enerģija ir Q = 200 MeV.

20.6.14. Atrodiet atomelektrostacijas jaudu, kas patērē m = 220 g 235U urāna izotopu dienā un kuras efektivitāte ir n = 25%. Pieņemsim, ka vienā 235U skaldīšanas aktā tiek atbrīvota enerģija Q = 200 MeV.

20.6.15. Lai izkausētu alumīniju, tiek izmantota enerģija, kas izdalās oglekļa izotopu 11C pozitronu P sabrukšanas laikā, un katrs oglekļa kodols izstaro vienu pozitronu. Sabrukšanas produkti nav radioaktīvi. Cik daudz oglekļa 1I1C nepieciešams

kausējot M = 100 tonnas alumīnija uz i = 30 min, ja alumīnija sākuma temperatūra ir 0o = 20 °C?

20.6.16. Nātriju un Na, kas sver m = 10 g, un kuriem ir elektroniska P-sabrukšana, ievieto ampulā tvertnē, kurā ir

400
M = 1000 tonnas ūdens. Sabrukšanas produkti nav radioaktīvi. Periods

nātrija sabrukšana T = ^ dienas. Par cik grādiem paaugstināsies ūdens temperatūra pirmajā dienā pēc nātrija sadalīšanās sākuma?

20.6.17. Polonijs 84P0 sadalās, izdalot a-daļiņu

un svina kodolu veidošanās. Sabrukšanas produkti nav radioaktīvi. Polonija T pussabrukšanas periods ir 140 dienas. Kādu ledus masu 0 = 0 0C temperatūrā var izkausēt, izmantojot enerģiju, kas izdalās m = 10 g polonija sabrukšanas laikā laika posmā t = 35 dienas?

20.7. Kodolreakcijas un saglabāšanas likumi

20.7.1. 84P0 polonija kodols miera stāvoklī izmeta a-daļiņu ar kinētisko enerģiju Ek = 5,3 MeV. Nosakiet atsitiena kodola kinētisko enerģiju un kopējo enerģiju, kas izdalās a-sabrukšanas laikā.

Terminam kodolreakcija ir dažādas interpretācijas. AT plašā nozīmē Kodolreakcija ir jebkurš process, kas sākas ar divu, retāk vairāku daļiņu (vienkāršu vai sarežģītu) sadursmi un parasti notiek, piedaloties spēcīgai mijiedarbībai. Šo definīciju apmierina arī kodolreakcijas šaurā nozīmēŠis vārds attiecas uz procesiem, kas sākas ar vienkāršas vai sarežģītas daļiņas (nukleona, a-daļiņas, y-kvanta) sadursmi ar kodolu. Ņemiet vērā, ka reakcijas definīcija atbilst kā īpašs gadījums, un daļiņu izkliede.1 Tālāk ir doti divi kodolreakciju piemēri.

Vēsturiski pirmā kodolreakcija (Ruterfords, 1919 - protona atklāšana):

Neitrona atklāšana (Čadvika, 1932):

Kodolreakciju izpēte nepieciešama, lai iegūtu informāciju par jaunu kodolu un elementārdaļiņu īpašībām, kodolu ierosinātajiem stāvokļiem u.c. Nedrīkst aizmirst, ka mikrokosmosā kvantu likumu klātbūtnes dēļ nav iespējams “paskatīties” uz daļiņu vai kodolu. Tāpēc galvenā mikroobjektu izpētes metode ir to sadursmju, t.i., kodolreakciju, izpēte. No lietišķā viedokļa kodolreakcijas ir nepieciešamas kodolenerģijas izmantošanai, kā arī mākslīgo radionuklīdu ražošanai.

Kodolreakcijas var notikt dabiskos apstākļos (piemēram, zvaigžņu iekšienē vai kosmiskajos staros). Bet to pētījumu parasti veic laboratorijas apstākļos, eksperimentālos apstākļos. Kodolreakciju īstenošanai ir nepieciešams tuvināt daļiņas vai kodolus kodoliem līdz attālumiem, kas atbilst kodolspēku darbības rādiusa secībai. Uzlādētu daļiņu tuvošanos kodoliem novērš Kulona barjera. Tāpēc, lai veiktu kodolreakcijas uz lādētām daļiņām, tās izmanto paātrinātāji, kurā daļiņas, paātrinoties elektriskajā laukā, iegūst enerģiju, kas nepieciešama barjeras pārvarēšanai. Dažreiz šī enerģija ir salīdzināma ar daļiņas miera enerģiju vai pat pārsniedz to: šajā gadījumā kustību apraksta ar relatīvistiskās mehānikas likumiem. Parastos akseleratoros ( lineārais paātrinātājs, ciklotrons utt.) smagākā no abām sadursmīgajām daļiņām parasti atrodas miera stāvoklī, bet vieglākā - saskaras. Daļiņu miera stāvoklī sauc mērķis (angļu — mērķis). Pārklājas, vai bombardēšana, daļiņas krievu valodā nesaņēma īpašu nosaukumu (in angļu valoda tiek lietots termins šāviņš). Sadursmes staru paātrinātājos (sadursmētāji) abas sadursmes daļiņas pārvietojas, tā ka atdalīšanās mērķī un krītošo daļiņu starā kļūst bezjēdzīga.

Lādētas daļiņas enerģija reakcijā var būt pat mazāka par Kulona barjeras augstumu, kā tas bija klasiskajos Dž. Kokkrofta un E. Voltona eksperimentos, kuri 1932. gadā mākslīgi sadalīja litija kodolus, bombardējot tos ar paātrinātiem. skrien. Viņu eksperimentos protona iekļūšana mērķa kodolā notika, tunelējot caur Kulona potenciāla barjeru (sk. 7. lekciju). Šāda procesa iespējamība, protams, ir ļoti maza barjeras zemās caurspīdīguma dēļ.

Ir vairāki veidi, kā simboliski reģistrēt kodolreakcijas, no kurām divas ir norādītas tālāk:

Sadursmes daļiņu kopums noteiktā kvantu stāvoklī (piemēram, R un Li) tiek saukti ievades kanāls kodolreakcija. Vienu un to pašu daļiņu sadursmes (fiksēts ieplūdes kanāls) kopumā var izraisīt dažādu reakcijas produktu parādīšanos. Tādējādi protonu sadursmēs ar Li reakcijas Li (R, 2a), Li (R,P) Be, 7 Li(/;, df Būt utt. Šajā gadījumā tiek runāts par konkurējošiem procesiem vai kopumu izvades kanāli.

Kodolreakcijas bieži tiek rakstītas vēl īsākā formā: (a, b) - tie. norādot tikai vieglās daļiņas un nenorādot reakcijā iesaistītos kodolus. Piemēram, ieraksts (/>, P) nozīmē, ka protons izsit no kāda kodola neitronu, ( P, y) - neitrona absorbcija kodolā ar y-kvanta emisiju utt.

Kodolreakciju klasifikācija var veikt šādu iemeslu dēļ:

I. Pēc notiekošā procesa veida

• 1) radiācijas uztveršana: (l, y),(R,y)
• 2) kodola fotoelektriskais efekts: (y, l), (y, R)
• 3) nukleonu-nukleonu reakcijas:
  • a) izsitot nukleonu vai nukleonu grupu (n, R),(R, a) utt.
  • b) nukleonu "iztvaikošana" (/?, 2n), (R, 2R) utt.
  • c) sadalījums ( d, /?), (d, p) un pikaps (p, d), (l, d)
• 4) iedalījums: (l, D (r, D O /, U)
• 5) sintēze (sintēze)
• 6) neelastīgā izkliede: (l, l ')
• 7) elastīgā izkliede: (l, l)

//. Pamatojoties uz enerģijas izdalīšanos vai absorbciju

• 1) eksotermiskas reakcijas
• 2) endotermiskās reakcijas

III. Ar bombardējošo daļiņu enerģiju

• 1) zema enerģija (
• 2) vidējas enerģijas (1 keV-10 MeV)
• 3) augstas enerģijas (> 10 MeV)

IV. Pēc bombardēto kodolu masas

• 1) uz vieglajiem kodoliem (A 50)
• 2) uz vidējas masas kodoliem (50 A
• 3) uz smagajiem kodoliem (BET > 100)

V Atbilstoši bombardējošo daļiņu veidam

• 1) uz lādētām daļiņām (/;, s!,a un smagāki joni)
• 2) uz neitroniem
• 3) uz fotoniem (fotonukleārās reakcijas)

• Elastīgās izkliedes laikā daļiņās netiek veiktas nekādas iekšējas izmaiņas, un jaunas daļiņas neparādās. Starp tiem notiek tikai enerģijas un impulsa pārdale. Neelastīgā izkliedē kopā ar šādu apmaiņu notiek vismaz vienas daļiņas iekšējā stāvokļa izmaiņas.
• Par daļiņu paātrinātājiem skatīt 15. lekciju.
• d ir pieņemtais simbols deitēronam, deitērija atoma kodolam.