§ 217. Ядерные реакции

Опытные данные о ядерных реакциях весьма значительны. Число изученных ядерных реакций достигает нескольких тысяч.

В настоящее время известны следующие типы реакций (не говоря о радиоактивном распаде, который можно рассматривать как реакцию ядерного разложения): реакция захвата, заключающаяся в объединении двух встретившихся частиц; реакция обмена, заключающаяся в захвате одной частицы и выбрасывании другой; реакция деления или расщепления ядра под воздействием энергии, полученной ядром в той или иной форме. Ядерные реакции, происходящие под действием жестких у-лучей, называют фотоядерными.

При помощи ядерных реакций можно получить как стабильные естественные изотопы элементов, так и неустойчивые радиоактивные изотопы, не встречающиеся в природе. Среди последних удалось синтезировать элементы, вообще не имеющие стабильных изотопов (например, элемент с порядковым номером 43 — технеций), а также трансурановые элементы.

Особенно внимательно изучались реакции, происходящие при бомбардировке ядер различных элементов -частицами, протонами и нейтронами.

При соударении -частицы с ядром происходят наиболее часто реакции двух типов: первая состоит в захвате -частицы и выбрасывании протона вторая — в захвате -частицы и выбрасывании нейтрона Эти реакции обозначают символами и

Уравнение -реакции имеет вид

Уравнение -реакции имеет вид

Приведем примеры реакций -частиц:

Первая из указанных реакций имеет большое практическое значение: смесь радия (источник -частиц) с бериллием является употребительным источником нейтронов.

При соударении с протонами удается осуществить широкий класс реакций; сюда относятся реакции т. е. захват протона с последующим выбрасыванием а-частицы, например

а также реакции с выбрасыванием нейтронов

Известны реакции захвата, не сопровождающиеся выбрасыванием частицы. Избыток энергии выделяется при этом в виде

-лучей; поэтому такие реакции обозначаются например

Широко изучались реакции с дейтонами Наблюдаются реакции и При бомбардировке дейтонами тяжелого водорода (т. е. опять-таки дейтонов) наблюдаются реакции образования радиоактивного изотопа водорода — трития:

Однако реакция частично идет и по схеме

Реакции с нейтронами играют очень большую роль в ядерной технике по той причине, что они интенсивно протекают внутри ядерного реактора. Имеют место реакции и Кроме того, под действием нейтронов происходит реакция деления тяжелых ядер (см. ниже).

Азот дает с нейтронами реакции двух типов:

Первая из этих реакций дает долгоживущий изотоп углерода (с периодом больше 5000 лет), играющий большую роль в биохимических исследованиях.

Почти все изотопы способны захватывать нейтрон (реакция образуя, таким образом, изотоп того же элемента с массой на единицу больше. Обычно возникают радиоактивные изотопы и притом обладающие -радиоактивностью.

Как и в химии молекул, в ядерной химии возможно протекание экзотермических и эндотермических реакций. Определение величины и знака теплового эффекта реакций может быть проведено при помощи закона эквивалентности массы и энергии.

Если из ядер с массами образуются ядра с массами то

Если т. е. ядра продуктов реакции имеют меньшую массу, чем исходные ядра, то реакция экзотермична. При реакция эндотермична. Выделяющуюся или поглощаемую при реакции энергию подсчитывают по формуле Результаты расчетов всегда безукоризненно точно совпадают с измерениями.

Для большинства ядерных реакций значения тепловых эффектов составляют мегаэлектрон-вольты (в расчете на пару реагирующих ядер). Это в миллионы раз больше соответствующих величин для химических реакций.

Пример расчета:

Из справочных таблиц берем значения масс: Отсюда следовательно, реакция экзотермична. Так как единица атомного веса соответствует то величина теплового эффекта равна или примерно .