«Ядерные превращения. Деление ядер» (стр. 1 из 7)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Факультет Управления и экономики высоких технологий
Институт международных отношений
Реферат на тему:
«Ядерные превращения. Деление ядер»
Выполнила: студентка У4-02 Галуева Д.О.
Научный руководитель: Самедов В.В
Москва
2011г
Содержание
Введение. Ошибка! Закладка не определена.
Описание на основе капельной модели. - 15 -
Оболочечные поправки. Двугорбый барьер деления. - 18 -
Стадии процесса деления. - 23 -
Введение
В 1932 году был открыт нейтрон. Прошло 7 лет, прежде чем было обнаружено деление ядер. Деление ядер – поистине поразительное явление: оно сопровождается сильной радиоактивностью, а полная ионизация от осколков деления превосходит в десятки раз ионизацию от ранее известных процессов. За прошедшие после открытия этого явления десятки лет ядерные реакции проникли практически во все сферы деятельности человека. Ядерные реакции используются в энергетике, военной сфере, при синтезе новых элементов, в медицине и, конечно же, в ходе научных исследований. Но, несмотря на столь широкое применение, не весь потенциал ядерных превращений уже изучен, еще остается много неизведанного. Например, не приведен в жизнь еще метод термоядерного синтеза.
Широкая сфера применения ядерных превращений заинтересовала меня, побудив выбрать эту тему для доклада.
В своем реферате я рассмотрела основные виды ядерных превращений, историю их открытия, особенности протекания некоторых реакций, основные сферы применения деления ядер и остальных видов превращений.
Ядерные превращения
Изменения, происходящие в ядрах, можно разбить на три группы:
- изменение одного из нуклонов в ядре;
- перестройка внутренней структуры ядра;
- перегруппировка нуклонов из одних ядер в другие.
К первой группе относятся различные виды β-распада, когда один из нейтронов ядра превращается в протон или наоборот. Первый (более частый) вид β-распада происходит с испусканием электрона и электронного антинейтрино. Второй вид β-распада происходит или путем испускания позитрона и электронного нейтрино, или путем захвата электрона и испускания электронного нейтрино (захват электрона происходит с одной из ближайших к ядру электронных оболочек). Заметим, что в свободном состоянии протон не может распасться на нейтрон, позитрон и электронное нейтрино – для этого необходима дополнительная энергия, которую он получает у ядра. Общая энергия ядра, тем не менее, понижается при превращении протона в нейтрон в процессе β-распада. Это происходит за счет снижения энергии кулоновского отталкивания между протонами ядра (которых становится меньше). Ко второй группе следует отнести γ-распад, при котором ядро, первоначально находившееся в возбужденном состоянии, сбрасывает излишек энергии, излучая гамма-квант. К третьей группе относятся α-распад (испускание исходным ядром α-частицы – ядра атома гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов), деление ядра (поглощение ядром нейтрона с последующим распадом на два более легких ядра и испускание нескольких нейтронов) и синтез ядра (когда в результате столкновения двух легких ядер образуется более тяжелое ядро и, возможно, остаются легкие осколки или отдельные протоны или нейтроны).
! При α-распаде ядро испытывает отдачу и заметно смещается в сторону, противоположную направлению вылета α-частицы. В то же время отдача при β-распаде гораздо меньше. Это вызвано тем, что масса электрона в тысячи (и даже в сотни тысяч раз – для тяжелых атомов) меньше, нежели масса ядра.!
Рассмотрим, к каким метаморфозам ядер приводят три вида радиоактивности, открытые в начале XX в.:
1 При
-распаде (испускании ядра гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов) из ядра с исходными Z и A получается ядро с Z-2 и А-4.2 При
-распаде (испускании электрона) один из нейтронов превращается в протон, а ядро с Z и A - в ядро с Z+1 и тем же A.3 И наконец, при испускании
-кванта, т.е. энергичного фотона, ядро теряет часть энергии, сохраняя первоначальные Z и A.Каждому элементу соответствует целый набор изотопов. Полное их число на сегодня превышает 2 тыс.
Итак, ядерные превращения возникают как вследствие процессов радиоактивного распада ядер, так и вследствие ядерных реакций, сопровождающихся делением или синтезом ядер.
Радиоактивность
Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучения.
К числу основных типов превращений относятся:
1) α -распад,
2) β- -распад,
3) β+ -распад, или электронный захват,
4) изомерный переход, при котором ядра переходят из возбужденного состояния с большим временем жизни (изомерные состояния) в менее возбужденное или в основное состояние,
5) спонтанное деление тяжелых ядер.
Радиоактивные вещества испускают три вида излучения:
· α-излучение — тяжелые положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью около 109 см/сек и поглощающиеся слоем алюминия в несколько микрон. Впоследствии методом спектрального анализа было показано, что этими частицами являются ядра гелия 24He.
· β-излучение — легкие, отрицательно заряженные частицы - электроны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и поглощаемые слоем алюминия толщиной в среднем 1 мм.
· γ-излучение — сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном поле. Природа γ-излучения — жесткое электромагнитное излучение, имеющее еще более короткую длину волны, чем рентгеновское.
Радиоактивность, наблюдающаяся у изотопов, существующих в природных условиях, называется естественной. Радиоактивность изотопов, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной. Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия. Процесс радиоактивного превращения в обоих случаях подчиняется одинаковым законам.
Ядра, подверженные радиоактивным превращениям, называются радиоактивными (нестабильными), а не подверженные - стабильными. Такое деление условно, так как, в сущности, все ядра могут самопроизвольно распадаться, но этот процесс в разных ядрах идет с различной скоростью.
Во многих случаях самопроизвольные превращения радионуклидов приводят к образованию новых радио-изомеров, образующих так называемые радиоактивные цепочки. В конечном счете, радиоактивные превращения заканчиваются стабильным нуклидом. Радиоактивные цепочки могут быть простыми (линейными) и сложными (с ветвлениями). Доля превращения материнского радионуклида в дочерний характеризуется коэффициентом ветвления и выражается в процентах по отношению ко всем видам превращения данного ядра.
Все известные радиоактивные нуклиды объединены в изобарные цепочки, каждая из которых показывает все радиоактивные превращения ядер с данным массовым числом.
Массовые числа элементов в пределах каждого радиоактивного семейства или не меняются совсем, или изменяются на четыре единицы. При этом заряд следующего элемента либо повышается на единицу, либо понижается на две единицы. Эта закономерность, названная правилами смещения, очевидно, объясняется тем, что радиоактивное превращение сопровождается либо испусканием β-частицы (электрона), в результате чего заряд ядра повышается на единицу, а массовое число остается неизменным, либо испусканием α-частицы, уносящей четыре массовые единицы и двойной заряд.
Закон радиоактивного превращения весьма прост. Для каждого радиоактивного ядра имеется определенная вероятность λ того, что оно испытывает превращение в единицу времени. Следовательно, если радиоактивное вещество содержит N атомов, то количество атомов dN, которое претерпит превращение за время dt, будет равно
dN = -λNdt
Вероятность распада λ входит в это уравнение в качестве коэффициента, который называется постоянной распада. Знак минус соответствует убыванию вещества в процессе распада. Закон изменения числа радиоактивных ядер со временем:
N = N0exp(-λt),
где N0 – число атомов вещества до начала распада. Если в полученное уравнение подставить вместо времени t период полураспада T½, то можно найти связь постоянной распада λ с периодом полураспада T½. Действительно, так как N(T½) = N0/2, то N0exp(-λ T½) = N0/2 и exp(-λ T½) = 1/2, откуда
Старейшей, до сих пор наиболее употребительной единицей радиоактивности является Кюри (Ки) и ее дольные единицы: миллиКюри (1 мКи=10-3 Ки) и микроКюри (1 мкКи=10-6 Ки). По первоначальному определению кюри есть активность одного грамма изотопа радия 88226Ra. Однако для удобства измерений это определение в дальнейшем было заменено следующим: