Ядерные реакции.

При химических реакциях взаимодействуют между собою атомы и молекулы, но ядра атомов остаются без изменения.

Реакции, при которых происходят превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействием с элементарными частицами или друг с другом, называются ядерными.

Первые естественные ядерные реакции наблюдались в явлениях естественной радиоактивности. В этих случаях при самопроизвольном испускании -частицы ядро уменьшает свою массу на 4 единицы и теряет два положительных заряда, т. е., превращается в новый элемент с порядковым номером на две единицы меньше.

При испускании -лучей (электронов) ядро не изменяет своей массы, но превращается в новый элемент с порядковым номером на единицу больше (правило сдвига).

Первой искусственной ядерной реакцией была реакция превращения азота в кислород, проведенная Резерфордом в 1919 г.

Как же осуществляются ядерные реакции?

Они происходят при столкновении быстрых частиц (с большой энергией) с ядром и сопровождаются их изменением (при этом часто происходит испускание фотонов).

Протекание ядерной реакции складывается из двух фаз. На первой фазе происходит захват частицы (вместе с ее энергией) и ядро переходит в возбужденное состояние с нарушением нормального отношения его составных частей и с избытком внутренней энергии.

Возбужденное состояние длится около и более секунд. За ним следует вторая фаза — стабилизация ядра, т. е. освобождение от избыточной энергии и переход в более устойчивое состояние. Это может произойти двумя путями: или испусканием энергии в виде фотонов (-излучение), или выбрасыванием соответствующей частицы.

В настоящее время существует много различных методов, с помощью которых можно зарегистрировать отдельные частицы и даже иметь сведения о массе, заряде и энергии этих частиц. Так, например, счетчики Гейгера разных типов применяются для счета - и -частиц и -лучей.

Для наблюдения ядерных частиц широко применяется также камера Вильсона и толстослойные фотоэмульсии.

Большую помощь в анализе результатов ядерных реакций нередко оказывает радиохимия (химия радиоактивных изотопов), позволяющая определить, ядра каких именно элементов возникают в результате ядерных превращений.

С первых шагов исследований ядерных реакций было очевидно, что сущность их состоит в изменении состава и строения атомных ядер под воздействием бомбардировки ядерными частицами.

Изучены основные закономерности ядерных реакций в зависимости от энергии и природы бомбардирующих частиц и порядковых номеров ядер-мишеней.

Как и при обычных химических реакциях, при ядерных реакциях происходит либо выделение энергии и массы, либо их поглощение.

Ядерные реакции, в которых сумма масс полученных продуктов меньше суммы масс исходных ядер, а кинетическая энергия продуктов больше кинетической энергии исходных, называются экзотермическими, т. е. идущими с выделением тепла (энергии).

Так, например, ядерная реакция -частицы с бериллием

сопровождается выделением энергии в 5,6 Мэв.

Кинетическая энергия ядра углерода и нейтрона на 5,6 Мэв больше кинетической энергии ядра бериллия и -частицы. В данном случае происходит освобождение скрытой ядерной энергии — переход ее в кинетическую.

Ядерные реакции, в которых массы полученных продуктов больше масс исходных ядер, а кинетическая энергия меньше, называются эндотермическими, т. е. протекающими с поглощением тепла (энергии).

Реакция -частицы с азотом с образованием протона и кислорода является эндотермической.

Сумма энергий ядра кислорода и протона меньше кинетической энергии исходных ядер на величину 1,2 Мэв. В данной реакции происходит превращение кинетической энергии в ядерную.