Ядерные реакции (основная школа)
Ядерные реакции

Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов:
Mя < Zmp + Nmn.
Разность этих масс называется дефектом массы:
ΔM = Zmp + Nmn – Mя.

Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи зависит от дефекта массы по формуле:
Eсв = ΔM · c2.

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре, называется удельной энергией связи.

Она максимальна у атомных ядер с массовыми числами, лежащими приблизительно в интервале 50–100. У более тяжелых ядер удельная энергия связи плавно убывает, у легких – также убывает, но значительно более резко (рис. 1).

Рис. 1. Удельная энергия связи

Существует два способа освобождения энергии ядер – синтез легких ядер и деление тяжелых ядер.

 

Ядерной реакцией называется процесс изменения состава и структуры атомного ядра в результате его взаимодействия с другим ядром или частицей либо в результате каких-либо внутренних процессов.

Слияние легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающееся выделением энергии, называется термоядерной реакцией (реакцией термоядерного синтеза). Термоядерные реакции являются основным источником энергии звезд.

Деление атомного ядра – это явление распада ядра на несколько более легких атомных ядер. На основе деления тяжелых элементов (урана и плутония) работают атомные электростанции.

Деление тяжелых ядер нередко происходит посредством цепной реакции, когда при распаде ядра выделяется частицы (нейтроны), которые вступают в реакцию с расположенными рядом ядрами, вынуждая их распадаться. Цепные реакции возможны, когда масса химического элемента превышает минимальную критическую массу.

Рис. 2. Схема развития цепной реакции деления ядер урана-235

 

В процессе ядерных реакций может выделяться излучение, опасное для здоровья. Поглощенной дозой излучения D называется отношение энергии E, переданной излучением телу, к массе вещества m:
D = E/m.

Единица излучения в СИ – грей (Гр). Доза в 3–10 греев, полученная за короткое время, является смертельной для человека.