Поділ важких ядер. Ланцюгова ядерна реакція поділу

Уран-235 - це ізотоп Урану з масовим числом 235. З Урану-235 починається ланцюг радіоактивних перетворень, що називають рядом Актинію. Активність одного грама цього радіонукліда становить приблизно 80 кБк. У 1935 р. Артур Джеффрі Демпстер відкрив Уран-235, що утворився внаслідок β-розпаду нукліда Протактинію Ра-235 та α-розпаду нукліда Плуонію Pu-239.

Наприкінці 1938 року німецькі фізики Отто Ган та Фріц Штрасман проводили досліди з опроміненням Урану нейтронами, унаслідок реакцій було отримано елементи середньої частини Періодичної системи хімічних елементів. Так науковці відкрили поділ урану та хімічними методами довели факт цього поділу. Австралійська дослідниця Ліза Мейтнер та англійський фізик Отто Фріш підтвердили, що після поглинання нейтрона ядро Урану розпадається на більш легкі ядра.

Розпад Урану-235 може бути вимушеним (відбувається під дією нейтронів) або спонтанним. Розщеплення ядра - це поділ важкого ядра на два (зрідка три) ядра, що називають осколками поділу. Осколки поділу є радіоактивними. Зазвичай ядро ділиться на два осколки, унаслідок чого вивільняються 2-3 нейтрони та значна кількість енергії. У продуктах поділу Урану-235 було виявлено близько 300 ізотопів різних хімічних елементів, зокрема пари ізотопів: Криптон та Барій, Рубідій та Цезій, Стронцій та Ксенон. Маси цих ізотопів співвідносилися приблизно як 2:3. Енергія, що виділяється під час поділу одного ядра Урану-235, становить 200МеВ, або 3,2*10^-11Дж.

При вимушеному поділі Урану-235 під дією нейтрона ядро деформується, витягується, а відстань між нуклонами ядра збільшується. Кулонівські сили відштовхування стають більшими за короткодіючі ядерні сили притягання, і ядро розпадається на осколки.

Спонтанний поділ було відкрито 1940 року фізиками Г. М. Фльоровим і К. А. Петржаком унаслідок спостережень за розпадом Урану. Спонтанний поділ - явище, за якого ядро без зовнішнього впливу ділиться на дві частини. Спонтанний поділ дає такі самі продукти, як і вимушений поділ: осколки (ядра хімічних елементів з меншими відносними атомними масами) і декілька нейтронів.

Під час поділу ядер Урану вивільняються нейтрони, що може привезти до поділу інших ядер Урану. Ці ядра також вивільняють нейтрони, що зумовлюють наступний поділ. Починається ланцюгова ядерна реакція поділу - реакція, унаслідок якої утворюються частинки (нейтрони), що спричинили початок реакції.

Особливості перебігу ядерних реакцій викликають деякі труднощі в їхньому практичному застосування. Нейтрони зумовлюють поділ ядер Урану-235, а ядра Урану-238 поглинають нейтрони без поділу та вивільнення енергії. У природі ізотопу Урану-235 - 0,7%, а Урану-238 - 97,3%. Тому природний ізотоп Урану-235 збагачують до 5%, нейтрони сповільнюють, унаслідок чого вони менше поглинаються ядрами Урану-238 та ефективніше викликають поділ ядер Урану-235.