Ядерной реакцией называется превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое ядро, отличное от исходного.

Общим признаком ядерной реакции и радиоактивного распада является превращение одного атомного ядра в другое. Но радиоактивный распад происходит самопроизвольно, без внешнего воздействия, а ядерная реакция вызывается действием бомбардирующей частицы. Исторически первую ядерную реакцию осуществил Эрнст Резерфорд в 1919 году.

¹⁴₇ N + ⁴₂ He ® ¹⁷₈O +¹₁H

В настоящее время установлено, что ядерные реакции могут происходить с любым атомным ядром как при столкновениях ядер, так и при столкновениях частиц с ядрами. Для осуществления реакции под действием положительно заряженной частицы необходимо, чтобы частица обладала кинетической энергией, достаточной для преодоления кулоновского отталкивания. Нейтральные частицы могут обладать сколь угодно малой энергией.

Ядерные реакции бывают двух типов – идущие с поглощением или выделением энергии. Использую закон связи массы и энергии Е=Мс² можно по разности масс частиц, вступающих в реакцию, и масс частиц-продуктов определить изменение энергии частиц. Если М_о>М_{продукта}, то энергия выделяется, если наоборот, энергия поглощается. Энергия, освобождающаяся при ядерной реакции, называется выходом ядерной реакции. Выход реакции обычно лежит в пределах от 1 до сотен МэВ, что в миллионы раз превосходит выход энергии при химической реакции.

Рассмотрим источники энергии звезд. В звездных недрах самым распространенным веществом является водород в ионизованном состоянии. Существуют два пути превращения водорода в гелий, отличающиеся разной последовательностью реакций. Это протон-протонная реакция (р-р цикл) и углеродно-азотная реакция ( С-N цикл).

Р-Р ЦИКЛ.

Эта реакция начинается со столкновения двух протонов с образованием ядра дейтерия:

¹₁Н+¹₁Н®²₁Н+₁e+n 10¹⁰ лет

Даже в условиях звездных недр эта реакция происходит крайне редко - каждый протон имеет шанс превратиться в дейтерий только раз в насколько миллиардов лет. Найдем энергетический выход этой реакции:

Е=(2_*1,00783 – 2, 01410)_*931,5 МэВ=1,45 МэВ

Образовавшиеся ядра дейтерия «жадно», через несколько секунд, «захватывают» протон и превращаются в изотоп гелия-3.

²₁Н+¹₁Н®³₂Не+g 5 сек.

Энергетический выход реакции составляет

Е=(1,00783+2,01410-3,01602)_*931,5 МэВ=5,51 МэВ.

После этого возможны три пути ядерных реакций.

1) Чаще всего изотоп гелия-3 будет взаимодействовать с подобным себе ядром:

³₂Не+³₂Не®⁴₂Не+¹₁Н+¹₁Н 10⁶ лет

Е=(2_*3,01602-4,00260-2_*1,00783)_*931,5 МэВ=12,84 МэВ.

Суммарный выход энергии составляет 1,45+5,51+12,84 МэВ=19,80 МэВ.

2) Второй путь состоит из нескольких реакций:

³₂Не+⁴₂Не®⁷₄Ве+g

⁷₄Ве+¹₁Н®⁸₅В+n

⁸₅ В®⁸₄ Ве+^о₁е+n

⁸₄ Ве®⁴₂Не+⁴₂Не+g

3) Третий путь начинается также, как второй:

³₂Не+⁴₂Не®⁷₄Ве+g

⁷₄Ве+^о_-1е®⁷₃Li +n

⁷₃ Li + ¹₁Н®⁸₄ Ве

⁸₄ Ве®⁴₂Не+⁴₂Не+g

Подавляющее большинство реакций идет по первому пути, но роль «побочных» путей отнюдь не мала. Благодаря им появляются легкие элементы – бор, бериллий, литий.

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒