Ядерные реакции Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. Ядерные реакции бывают самопроизвольные и искусственные. Примером самопроизвольных ядерных реакций являются реакции радиоактивного распада (Радиоактивность"). Искусственные ядерные реакции возникают при бомбардировке ядер элементов быстрыми элементарными частицами или другими ядрами. При ядерных реакциях должны выполняться законы сохранения заряда, массы и энергии.

Искусственные ядерные реакции. Изотопы. В 1919 году Резерфорд впервые осуществил ядерные превращения, с помощью которого экспериментально доказал, что в состав атомного ядра входят протоны ( 1 p 1 ). Он бомбардировал -частицами высокой энергии ядра азота 7 N N He 4 => 8 O p 1 Протон - элементарная частица, имеющая следующие характеристики: заряд протона q =1.6· Кл масса протона m p =1а.е.м.=1.6724· кг Ядра всех изотопов ( изотопы- элементы с одинаковым зарядовым числом, но разными массовыми числами) водорода содержат по 1 протону (различие в количестве нейтронов!): протий- 1 H 1 дейтерий- 1 H 2 тритий- 1 H 3 pp

Нейтрон. Существование изотопов элементов говорит о наличии в ядрах незаряженных частиц, которые не изменяют зарядового числа (Z), но изменяют массу ядра. Эти частицы назвали нейтронами ( 0 n 1 ). m n m p Обнаружил нейтроны в 1932 г. Чедвик, осуществив реакцию взаимодействия -частиц с ядрами бериллия: 4 Be He 4 => 6 C n 1 Здесь 6 C 12 - изотоп углерода, 0 n 1 -нейтрон. Нейтрон является элементарной частицей со следующими характеристиками: заряд нейтрона q = 0 (нейтральная частица) масса нейтрона m n = · кг n n

Первая реакция на протонах (1932 г). Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Поэтому то возможно, если этим частицам (или ядрам) сообщена достаточно большая кинетическая энергия. Эта энергия сообщается с помощью ускорителей.

Энергетический выход ядерных реакций. Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции. Энергетический выход ядерной реакции равен также изменению кинетической энергии частиц, участвующих в реакции. Если суммарная масса покоя ядер и частиц после реакции меньше, чем до реакции, то говорят о выделении энергии. В противном случае реакция идет с поглощением энергии.

Как вычислить энергетический выход ядерной реакции? 1 ) Найти суммарную массу покоя ядер или частиц до взаимодействия и после взаимодействия. 2) Из конечной массы покоя вычесть начальную массу покоя. 3) Если конечная масса покоя меньше начальной массы покоя, то энергия выделяется, если больше нуля – выделяется.

Первая реакция на нейтронах. Так как нейтроны не имеют заряда, то они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. Великий итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения медленными нейтронами оказываются в большинстве случаев даже гораздо более эффективными, чем быстрые. Замедление нейтронов до тепловых скоростей происходит в обыкновенной или тяжелой воде, графите.