§34.Ядролық реакциялар

 

Ядролық реакциялар ядроның басқа ядромен немесе элементар бөлшектермен өзара әсерлесе отырып, түрленуін айтады. Бұл әсерлесу бөлшектер бір-біріне 10-15м қашықтыққа жақындағанда ядролық күш әсерінен болады. Ядролық реакциялардың ең жиі кездесетін түрі  жеңіл  бөлшектің  ядросымен әсерлесу нәтижесінде  жеңіл бөлшегі мен  ядросының түзілуі болып табылады, яғни

.

Осы реакцияны қысқаша келесі түрде жазу қабылданған:

Жақша ішінде рекцияға қатысатын бірінші бастапқы, екінші соңғы жеңіл бөлшектер жазылады.

Реакцияға қатысатын жеңіл бөлшек: нейтрон (), протон (), дейтон (),        

- бөлшек немесе -фотон болуы мүмкін. Мысалы

    немесе қысқаша    .

Ядролық реакциялар нәтижесінде энергия бөлініп шығуы немесе жұтылуы мүмкін. Бөлініп шығатын энергияны реакция энергиясы деп атайды. Ол реакцияға қатысатын бастапқы және соңғы ядролардың массаларының айырмасымен анықталады. Егер соңғы ядролардың массасы бастапқы ядролардың массасынан үлкен болса, онда реакция энергия жұта жүреді және реакция энергиясы теріс болады. Энергия шығара отырып жүретін ядролық реакцияларды экзотермиялық, ал жұта отырып жүретін реакцияларды эндотермиялық деп атайды.

34.1.Ядролардың бөлінуі

Нейтрондарды жұта отырып ауыр ядро бірдей екі бөлікке ыдырайды. Пайда болған бөліктер бөліну жарқыншақтары деп аталады. Ауыр ядролардың мұндай тұрақсыздығын оның құрамындағы бір-бірімен кулондық тебілетін протондардың көптігімен түсіндіріледі.

Ауыр ядролардың екі жарқыншақтарға бөлінуі өте көп мөлшердегі энергияның шығарылуымен жүреді. Мысалы 1 г   уран ыдырағанда      8·1010 Дж энергия бөлініп шығады. Бұл бөліну келесі түрде жазылады:

 

.

 

Келесі шарт орындалған жағдайда ауыр ядролар ыдырайды:

,

мұндағы: - бөліну параметрі.

Бөліну параметрі  (бөлінудің шекті параметрі) болғанда ядролар өте тұрақсыз болып табылады және табиғатта өмір сүрмейді.   болған жағдайда ядролардың өздігінен бөлінуі мүмкін болады.  Ядролардың өздігінен бөлінуінің жартылай ыдырау периоды 1016-1017 жыл болады. Бөліну кезіндегі жарқыншақтардан ұшып шығатын нейтрондар - бөліну нейтрондары деп аталады. Бөліну нейтрондарының арасында лездік және кешігіп шығатын нейтрондар болады. Лездік нейтрондар ядроның бөлінуі кезінде 10-14с уақыт мезетінде шығады. Кешігіп шығатын нейтрондар  бөліну өнімдерінен бөліну аяқталғаннан кейін біршама уақыттан кейін шығады. Бөліну реакциясында пайда болған әрбір лездік нейтрондар көрші ядролармен әсерлесе отырып, оларда да бөліну реакциясын тудырады. Бұл жағдайда бөліну актілерінің көшкін түріндегі артуы, яғни тізбекті бөліну реакциясы жүреді.

          Нейтрондардың көбею коэффициенті  деп реакцияның белгілі бөлігінде шығатын нейтрондар санының алдыңғы бөлігінде шығатын нейтрондар санына қатынасын айтады. Тізбекті реакциялардың жүру шарты .

 

34.2.Термоядролық реакциялар

Жеңіл ядролардың бірігіп бір ядро құрауын (ядро синтезі) термоядролық реакциялар деп атайды. Бұл реакция өте жоғары температурада жүреді          (107-109К жоғары температураларда)  және термоядролық реакциялар кезінде өте көп мөлшерде энергия бөлініп шығады.

Дейтон мен тритий ядросының синтез реакциясы келесі түрде жазылады:

.

Термоядролық реакциялар Күннің және басқа да жұлдыздардың энергияларының көзі болып табылады.

 

Бақылау сұрақтары

1.  Ядролық физика нені зерттейді?

2.  Массалық сан дегеніміз не? Қандай бөлшектер нуклондар деп аталады?

3.  Ядролық күштердің негізгі сипаттамаларын беріңіз.

4.  Атом ядросының қандай модельдерін білесіз?

5.  Радиоактивтіліктің ыдырау заңы беріңіз.

6. Ядролық реакцияларға мысал келтіріңіз.

7. Термоядролық реакцияларға мысал келтіріңіз.