 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
98
N
t
= N
0
e
-?t
,
где
?
– постоянная радиоактивного распада, N
t
– число нераспавшихся ядер в момент времени
t; N
0
– начальное число нераспавшихся ядер (в момент t=0).
Цепная реакция деления ядер урана
Эта реакция была открыта в 1939г.: выяснилось, что при попадании в ядро одного нейтрона оно
делится на две-три части. При делении одного ядра освобождается около 200 МэВ энергии. На
кинетическую энергию движения осколков уходит около 165 МэВ, остальное уносит гамма-
излучение (часть электромагнитного излучения с очень малой длиной волны) – поток фотонов.
Можно подсчитать, что при полном делении 1 кг урана выделится 80 000 млрд. Дж. Это в
несколько миллионов раз больше, чем при сжигании 1 кг угля или нефти. Было бы удивительно
такую энергию не использовать.
В 1939 г. было обнаружено, что при делении ядер урана, кроме осколков, вылетают также 2–3
свободных нейтрона. При благоприятных условиях они могут попасть в другие ядра урана и
вызвать их деление (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Цепная ядерная реакция
Практическое осуществление ценных реакций затруднено некоторыми обстоятельствами. В
частности, вторичные нейтроны способны вызывать деление лишь ядер изотопа урана с массовым
числом 235, для разрушения же ядер изотопа урана-238 их энергия оказывается недостаточной. В
природном уране содержится примерно 0,7% урана-235. Необходимое условие для осуществления
цепной реакции – наличие достаточно большого количества урана-235, так как в образце малых
размеров большинство нейтронов пролетает насквозь, не попав ни в одно ядро. Минимальная
(критическая) масса для чистого урана-235 составляет несколько десятков килограммов.
Термоядерный синтез
В связи с тем, что между атомными ядрами на малых расстояниях действуют ядерные силы
притяжения, при сближении двух ядер возможно их слияние, т. е. синтез более тяжелого ядра.
Чтобы ядра могли преодолеть электростатическое отталкивание и сблизиться, они должны
обладать достаточной кинетической энергией. Соответственно проще всего осуществляется синтез
легких ядер с малым электрическим зарядом.
В природе реакции синтеза происходят в очень горячем веществе, например в недрах звезд, где
при температуре порядка 14 млн. градусов (центр Солнца) энергия теплового движения некоторых
частиц достаточна для преодоления отталкивания. Ядерный синтез, происходящий в разогретом
веществе, называют термоядерным.
Особенность термоядерных реакций как источника энергии – очень большое ее выделение на
единицу массы реагирующих веществ – в 10 млн. раз больше, чем в химических реакциях.
Вступление в синтез 1 г изотопов водорода эквивалентно сгоранию 10 т бензина. В принципе уже
сегодня энергию термоядерного синтеза можно получить на Земле. Нагреть вещество до звездных
температур можно, используя энергию атомного взрыва. Так устроена водородная бомба, где
взрыв ядерного запала приводит к мгновенному нагреву смеси дейтерия с тритием и к
последующему термоядерному взрыву. Однако это неуправляемый процесс.
Для осуществления управляемого ядерного синтеза требуется несколько условий. Во-первых,
нужно нагреть термоядерное горючее до температуры, когда реакции синтеза могут происходить с
заметной вероятностью. Во-вторых, необходимо, чтобы при синтезе выделялось больше энергии,