ә) зарядталған бөлшектердің әрекетінен болатын реакциялар (мысалы, протондар, α – бөлшектер). Мысалдар:
бірінші ядролық реакция (Э.Резерфорд, 1919):
; (2.3.6)
н нейтрондар алынған ядролық реакция:
; (2.3.7)
б) γ-кванттар әрекетінен болатын реакциялар. γ-кванттардың энергиялары кіші болатын жағдайда бұлардың тек серпімді шашырауы байқалады; Ядродан нуклондардың бөлініп шығу энергиясынан үлкен энергиялар жағдайында фотоядролық реакциялар бақыланады – γ-кванттармен атомдық ядролардың жіктелуі байқалады.
Әдеттегі реакциялар: (γ, n), (γ, p), (γ, 2n), (γ, np).
Реакцияларды туғызатын бөлшектердің энергиясы бойынша – кіші энергиялар (бірнеше эВ) жағдайында реакциялар негізінен нейтрондардың әрекет етуімен өтеді; орташа энергиялар жағдайында (бірнеше МэВ-ке дейін) – γ–кванттардың және зарядталған бөлшектердің (протондар, α–бөлшектер) қатысуымен жоғарғы энергиялар жағдайында (мың МэВ-ке дейін) еркін күйде болмайтын элементар бөлшектің пайда болуына алып келеді.
Ядролық реакциялардың ерекшелігі әсіресе, нейтрондардың энергиясына (жылдамдығына) тәуелді болады. Нейтрондарды энергиясына байланысты баяу және жылдам екі топқа бөледі. Баяу нейтрондардың энергиялары ультрасуық (энергиясы 10-7 эВ-қа дейінгі), өте суық (10-7 – 10-4 эВ), суық (10-4 – 10-3 эВ), жылулық (10-3 – 0,5 эВ) және резонанстық (0,5 – 104 эВ) нейтрондар аймақтарын қамтиды. Екінші топқа жылдам (104 – 108 эВ), жоғарғы энергиялы (108 – 1010 эВ) және релятивті (≥1010 эВ) нейтрондар жатқызылады.
Баяу нейтрондар ядролық реакцияларды қоздыруға тиімді келеді, өйткені олар атомдық ядроға жақын маңайда салыстырмалы түрде ұзақ болады, сондықтан да нейтронды ядроның қармап алу ықтималдығы жеткілікті үлкен болады. Баяу нейтрондар үшін ядролардан серпімді шашырау [(n,n) түрдегі реакция] және радиациялық қармау [(n, γ) түрдегі реакция] тән, бір ерекшелігі (n, γ) реакциясы бастапқы заттың жаңа изотопының құрылуына алып келеді:
(2.3.8)
жылдам нейтрондар үшін бұлардың серпімсіз шашырауы байқалады. Ол:
(2.3.9)
сызба бойынша өтеді.
Ядродан ұшып шығатын нейтрон ядроға енген бастапқы нейтрон емес.
энергиясы энергиясынан кіші, ал нейтрон ұшып шыққаннан қалған ядро қозған күйде болады (жұлдызшамен белгіленген), сондықтан оның қалыпты күйге ауысуы γ – квант шығарылуымен қайталанады.
Нейтрондардың энергиясы 10 МэВ мәндеріне жеткенде (n, 2n) түріндегі реакция мүмкін болады. Мысалы,
2.3.10)
реакциясы нәтижесінде жасанды β- – активті изотоп құралады, ол:
. (2.3.11)
сызба бойынша ыдырайды.
Реакцияға қатысатын ядролардың түріне қарай – жеңіл (А<50), орташа (50және ауыр (A>100) ядролар қатысатын реакциялар.
Мысалы, жеңіл ядроларда жылулық нейтрондардың әрекетінен, нейтрондарды қармау реакциялары іске асады, сонда зарядталған бөлшектер – протондар және α – бөлшектер шығарылады:
(2.3.12)
. (2.3.13)
Өтетін ядролық түрленулердің ерекшелігі бойынша – нейтрондардың шығарылуымен, зарядталған бөлшектердің шығарылуымен және т.б. өтетін реакциялар.
Ядроның бөліну реакциясы – ауыр ядро нейтрондардың әрекетінен (және де басқа бөлшектердің әрекетінен) бірнеше (көбінесе, екі) жеңіл ядроға (бөліну жарықшақтарына) бөлінеді. Бөліну жарықшақтары өзінің пайда болу мезетінде нейтрондары протондарынан артық болады. Сондықтан ауыр ядролардың бөліну реакциясы артық нейтрондардың – бөліну нейтрондарының шығарылуымен қабаттасады. Бірақ та осы процесс жарықшақ – ядролардың нейтрондармен асқын болуын толық жоймайды, сондықтан да жарықшақтар радиоактивті бола тұрып, бірқатар β- – ыдырау жасай алады, осының нәтижесінде жарықшақтағы нейтрондар мен протондардың қатынасы орнықты изотопқа сай шамаға жетеді.
Мысалы, уран ядросы бөлінген кезде
(2.3.14)
бөліну жарықшағы β- – ыдыраудың үш актісі нәтижесінде орнықты изотопқа айналады:
. (2.3.15)
(2.3.14) реакция уранның бөлінуіне әкелетін бірден-бір реакция емес, өйткені жарықшақтар арқылы да болады.
Ядроның бөлінуі кезінде нейтрондардың көпшілігі іс жүзінде лезде(t ≤ 10-14c)шығарылады – лездік нейтрондар, өте аз бөлігі (≤ 1%) – бөліну кейін біраз уақыт өткенде – кешігуші нейтрондар шығарылады.
Ауыр ядроның екі жарықшаққа бөлінуі орасан көп энергияның бөлінуімен ~1,1МэВ/нуклон (ядролардағы – бөліну өнімдері және бастапқы ядроның меншікті байланыс энергияларының айырымына тең, яғни (8,7 – 7,6) МэВ/нуклон) қабаттасады.
Әрбір бөліну актісіне шынында да орасан энергия (200 МэВ) бөлінеді ол негізінде жарықшақтарға және бөліну жарықшақтарының кейінгі ыдырау өнімдеріне үлестірілетіндігін эксперимент растайды.
Бөліну нейтрондарының әрекетінен өзін-өзі қолдаушы процестер тізбегі пайда болады, бұл тізбекті бөліну реакциясының, реакцияны тудыратын бөлшектер осы реакцияның өнімдері ретінде пайда болатын реакцияны, іске асырылуын мүмкін етеді. Тізбекті бөліну реакциясы нейтрондардың көбею коэффициентімен сипатталады, ол берілген ұрпақтағы нейтрондар санының мұның алдындағы ұрпақтағы санына қатынасына тең. Тізбекті бөліну реакциясының дамуы үшін қажетті шартK≥1 болу талап етіледі.
Бастапқы қос ядро – бөлшектің өзара әрекеттесуі:
Серпімді шашырау болуы мүмкін, сонда соқтығысатын бөлшектердің тек кинетикалық энергиялары қайта үлестіріледі;
Серпімсіз шашырау болуы мүмкін, сонда ядродан нысанағы соғылған бөлшекпен теңбе-тең, бірақ энергиясы одан кіші, бөлшек шығады;
Ядролық реакция болуы мүмкін, осының нәтижесінде жаңа ядро мен жаңа бөлшек пайда болады.
Ядролық реакцияларда орындалатын сақталу заңдары:
а) нуклондар санының сақталу заңы: A1+A2=A3+A4.
ә) зарядтардың сақталу заңы: Z1+Z2=Z3+Z4.
б) релятивтік толық энергияның сақталу заңы: E1+E2=E3+E4.
в) импульстің сақталу заңы: p1+p2=p3+p4.
г) импульс моментінің сақталу заңы: L1+L2=L3+L4 .
Ядролық реакция энергиясы:
, (2.3.16)
мұндағы, m1 және m2 – нысана ядро мен атқылаушы бөлшектің тыныштық массалары; m3+m4 – реакция өнімдері – аяққы ядро мен бөлшектің тыныштық массаларының қосындысы.
Егер m1 + m2 >m3 + m4 болса, онда энергия бөлінеді, реакция экзотермалық.
Егер m1 + m2 <m3 + m4болса, онда энергия жұтылады, реакция эндотермалық.
Ядролық реакцияның энергиясын
(2.3.17)
түрінде де жазуға болады.
Мұндағы К1 және К2 – нысана – ядро мен атқылаушы бөлшектің кинетикалық энергиялары, К3 және К4 – ұшып шығатын бөлшектің және реакция өнімі – ядроның кинетикалық энергиялары.
Экзотермалық реакция жағдайындаK3+K4 > K1+K2 .
Эндотермалық реакция жағдайындаK3+K4 < K1+K2 .
Достарыңызбен бөлісу: |
