-дәріс. Ядролық реакциялардың физикасы

Ядролык реакциялар - элементар бөлшектермен (оның ішінде γ- квантпен) немесе бір-бірімен әсерлескен кездегі атомдык ядролардың түрленуі.

Реакциялар символдық түрде былай жазылады:

_ немесе Х(а,_)Y

мұндагы X жэне Ү - бастапкы жэне ақырғы ядро, а жэне b - ядролык реакция кезінде аткылайтын жэне шыгаратын (шыгарылатын) бөлшектер.

Кез келген ядролык реакция кезінде электр зарядының жэне массалық сандардың сацталу заңдары орындалады: ядролык реакцияга түсетін ядро мен бөлшек зарядтарының (массалык сандарының) косындысы реакцияның соңғы өнімі (ядро мен бөлшек) зарядтарының (массалык сандарының) косындысына тең. Сондай-ак энергияның, іімпулъстің және импулъс моментінің сақталу заңы да орындалады.

Ядролык реакциялар экзотермияльщ (энергияның бөлінуімен жүретін реакция) жэне эндотермиялық (энергияның жүтылуымен жүретін реакция) деп болінеді.







мұндағы _-бастапкы ядро-нысана, а-ұшып келе жаткан бөлшек,





1. 
   Реакцияға қатысатын бөлшектердің тегі бойынша нейтрондардың, зарядталған бөлшектердің, γ-сәулелердің әсерінен болатын реакциялар;
   
2. 
   Реакцияны тударатын бөлщектердің энергиясы бойынша – аз, орташа және жоғары энергия кезіндегі реакциялар;
   
3. 
   Реакцияға қатысатын ядролардың тегі бойынша – жеңіл (А<50), орташа (50100) ядролардағы реакциялар;
   
4. 
   Ядролық түрленудің сипаты бойынша – нейтрондарды, зарядталған бөлшектерді шығарумен жүретін реакциялар; қармау реакциялары (бұл жағдайда құрама ядро ешқандай бөлшек шығармайды, ал өзі бір немесе бірнеше γ-квант шығарып, негізгі күйге өтеді).
   

Тарихта алғаш рет Резерфорд азот ядросын α-бөлшектермен атқылау арқылы ядролық реакцияны жүзеге асырады:

Жылдамдығына (энергиясына) байланысты нейтрондарды баяу және шапшан деп бөледі:

Баяу нейтрондар үшін ядрода серпімді шашырау ((n,n)түріндегі реакция) және радиациялық қармау ((n,γ)түріндегі реакция) тән. (n,γ) түріндегі реакция кезінде бастапқы заттың жаңа изотопы түзіледі.



Шапшаң нейтрондар үшін (n, n`)серпімсіз шашырау байқалады:











Электрондар энергиясы 10 МэВ-қа жеткен кезде (n,_)түріндегі реакция мүмкін болады. Мысалы:

реакция нәтижесінде β^-- активті изотоп түзіледі, ол мына схема бойынша ыдырайды:

Ядролық энергетика, радиациялық қауіпсіздік және экология мәселелері. Қазақстандағы ядролық физика және ядролық энергетика саласындағы зерттеулердің дамуы.

Нейтронды резонанстық кармау кезінде қоздырылған ауыр компауынядро шамамен екі бірдей бөлікке бөліне алады (ауыр ядроныңбөліну реакциясы). Түзілген бөліктербөлінудің жарқыншақтары деп аталады. Ауыр ядролардың тұрақсыздығы ядроларды орналасқан көп протондардың өзара тебуіне негізделген.

Ауыр ядроның екі жарқыншаққа бөлінуі әрбір нуклонға шамамен 1 MэВ энергияның бөлінуімен ілесе жүреді. Бұл массасы орташа ядролар үшін меншікті байланыс энергиясы шамамен 8,7 МэВ-ті құрайды, ал ауыр ядролар үшін ол 7,6 МэВ-ка тең. Мысалы 283нуклоны бар _уран ядросын бөлген кезде шамамен 200МэВ энергия бөлінеді.

Атом ядросын бөлу теориясының негізінде ядроның тамшы моделі жатыр. Ядро кванттық механика заңына бағынатын және ядролыққа тең тығыздығы бар электрлік зарядталған сұйықтың тамшысы (а) ретінде қарастырылады. Нейтронды қармаған кезде мұндай зарядталған тамшының тұрақтылығы бұзылады, ядро тербеле бастайды – біресе созылады, біресе сығылады.

Ядроның бөліну ықтималдылығы активация энергиясымен – ядроның бөліну реакциясын жүзеге асыруға қажетті минимал энергиясымен анықталады. Қоздыру энергиясы бөлінудің активация энергиясынан азболған кезде ядро-тамшы деформациясы шегіне жетпейді де,ядро бөлінбейді (б) және у-квантын шығарып негізгі энергетикалық күйге қайтып келеді.

Қоздыру энергиясы бөлінудің активация энергиясынан көп болса ядротамшы деформациясы шегіне жетеді және тамшы созылып (в), үзіле бастайды (г) және ядро бөлінеді (д).

Ауыр ядролар Z²/A≥17 шарты орындалғанда бөлінуге қабілетті, мұндағы Z²/A- бөліну параметрі. Бұл шарт бөліну параметрі Z²/A ≈20-ға тең _күмістен бастап барлық ядролар үшін орындалады.

Бөлінудің классикалық параметрі деп (Z²/A)_крит= 49-ға тең параметрді айтады. Критикалық мәннен, яғни Z²/A>49-дан жоғары бөліну параметрі бар ядролар бөлінуге қатысты тіпті тұрақсыз. Мұндай ядролар пайда болса да 10^-23 ÷ 10^-24 c ішінде тез бөлініп кетер еді.

Z²/A<49 кезде ядро өздігінен (спонтанды) бөлінуі мүмкін. Бірақ та ядролардың спонтанды бөлінуінің жартылай ыдырау периоды10¹⁶÷ 10¹⁷ жыл.

Бөлінудің жарқыншақтары өздерінің түзілу мезетінде артық нейтрондарға ие болады, өйткені орташа ядорлар үшін протондар саны нейтрондар санына шамамен тең (N Z ≈ 1), ал ауыр ядролар үшін нейтрондар саны протондар санынан едәуір артық болады (N Z ≈ 1.6). Жарқыншықтар шығаратын артық нейтрондар бөлінудің нейтрондары деп аталады. Бөлінудің әрбір актісіне орта есеппен жарқыншақтан шығатын 2.5 нейтрон келеді. Олардың көпшілігі лезде (t <10^-11 c) шығады, оларды лездік нейтрондар деп, ал қалған (0,7%) бөлінуден кейін біраз уақыт өткеннен кейін шығады, олардың кешігетін нейтрондар деп атайды.