Атомное ядро. Ядерные реакции

Под действием излучений большой энергии могут происходить превращения и в самих атомных ядрах. Ядерные реакции могут сопровождаться выделением очень большого количества энергии и приводить к выделению из молекул (или из решетки кристалла) атомов или ионов, обладающих большой кинетической энергией. Такие атомы называют горячими атомами. Они могут вступать в самые различные взаимодействия с окружающими частицами. [c.556]

Атомное ядро. Ядерные реакции [c.32]

Бор Нильс Хендрик Давид (1885—1962)—датский физик. Создал первую квантовую теорию атома. Участвовал в разработке основ квантовой механики. Внес значительный вклад в развитие теории атомного ядра, ядерных реакции, взаимодействия элементарных частиц. Лауреат Нобелевской премии. Иностранный член АН СССР. [c.33]

Под действием излучений большой энергии могут происходить превращения и в самих атомных ядрах. Ядерные реакции могут сопровождаться выделением очень большого количества энергии л [c.548]

СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ. ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ [c.63]

Атомные ядра Ядерные реакции ь Радиационные потери [c.18]

Атомные ядра Ядерные реакции Потенциальное рассеяние Резонансное рассеяние + [c.19]

Если атомное ядро испускает альфа-частицу (Не +), заряд ядра уменьшается на две единицы и, следовательно, исходный элемент пре-врашается в элемент, занимающий в периодической таблице место на две группы левее. Его массовое число (атомная масса) уменьшается на 4, т. е. на массу альфа-частицы. При испускании бета-частицы (электрона) заряд ядра увеличивается на единицу без изменения массового числа (наблюдается лишь весьма незначительное уменьщение атомной массы) в этом случае атом данного радиоактивного элемен та превращается в атом другого элемента, занимающего в периодиче ской системе место на одну группу правее. При испускании гамма лучей не происходит изменения ни атомного номера, ни атомной массы Ядерные реакции в ряду уран —радий приведены на рис. 20.6 Важнейший изотоп урана составляет 99,28% природного элемента [c.609]

Выше мы говорили, что опыты по рассеянию а-частиц позволили установить существование атомных ядер. Рассеяние а-частиц, их отклонение от своего пути происходит по той причине, что а-частицы, как и ядра, заряжены положительно и поэтому они, приближаясь к ядру, начинают испытывать действие электрических сил отталкивания. Ядра как бы окружены потенциальным барьером, препятствующим столкновению положительных частиц с ядрами. Однако, чем выше энергия бомбардирующих положительных частиц, тем более вероятно, что они пройдут сквозь барьер и ударят в ядро, вызвав при этом изменение состава ядра — ядерную реакцию. [c.49]

Вначале бомбардировка атомных ядер велась положительно заряженными частицами протонами, дейтронами и альфа-частицами. Поскольку одноименно заряженные частицы отталкиваются, то положительно заряженные ядра атомов отталкивают положительно заряженные частицы, и заставить движущиеся с большей скоростью частицы преодолеть отталкивание и столкнуться с ядром, весьма сложно, так что ядерные реакции трудно осуществимы. [c.174]

Полная масса атома называется его атомной массой и приблизительно равна сумме масс всех протонов, нейтронов и электронов, входящих в состав атома. Когда из протонов, нейтронов и электронов образуется атом, часть их массы превращается в энергию, которая выделяется в окружающую среду. (Этот дефект массы и есть источник энергии в реакциях ядерного синтеза). Поскольку атом невозможно разделить на составляющие его элементарные частицы, не подводя к нему извне энергию, которая эквивалентна исчезнувшей массе, эта энергия называется энергией связи атомного ядра. [c.18]

Изучение явления радиоактивности первоначально привело к предположению, что ядра различных атомов построены из протонов и электронов. Эта гипотеза долгое время была общепризнанной. Однако последующее изучение ядерных реакций, открытие нейтронов Чедвиком и выявившаяся возможность выделения нейтронов из любых атомных ядер (кроме протона) привели к отказу от ранее принятой гипотезы. Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон (1932) и Гейзенберг (в том же году) высказали и обосновали положение, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, и предложили протонно-нейтронную теорию атомных ядер. [c.51]

Изучение закономерностей ядерных реакций позволяет создать теорию происхождения химических элементов и их распространенности в природе. Согласно данным ядерной физики и астрофизики синтез и превращение химических элементов происходят в процессе развития звезд. Образование атомных ядер осуществляется либо за счет термоядерных реакций, либо — реакций поглощения ядрами нейтронов. [c.16]

В результате испускания атомными ядрами а-лучей массовое число А уменьшается на 4 а.е. м., а заряд — на 2 при испускании р-лучей Z увеличивается на 1, а массовое число не меняется (правила смещения Фаянса и Содди). Кинетика (скорость реакции) ядерного распада подчиняется уравнению первого порядка. Активность радиоактивных веществ выражают в кюри 1 Ки — это такое количество радиоактивного вещества, в котором за 1 с происходит 3,7-10 расп. [c.35]

До сих пор мы занимались химическими реакциями, т.е. реакциями, в которых преобладающую роль играют электроны. В данной главе рассматриваются ядерные реакции, т.е. такие изменения вещества, природа которых связана с атомным ядром. Некоторые эксперты предсказывают, что мы все больше будем использовать ядерную энергию, чтобы возместить оскудевающие запасы горючих ископаемых и удовлетворить наши возрастающие энергетические потребности. Поэтому, переходя к рассмотрению ядерной химии, мы как бы продолжаем начатую в предыдущей главе тему, которая связана с получением энергии. Но, прежде чем начать это обсуждение, нужно ознакомить читателя со спорами вокруг ядерной энергии в связи с теми чувствами, которые вызывает строительство атомных электростанций. Поскольку разговоры о ядерной энергии вызывают очень много эмоций, в них трудно отделить факты от вымысла и непредвзято взвесить все доводы за и против. Поэтому каждому образованному современному человеку важно хоть немного знать о ядерных реакциях и об использовании радиоактивных веществ. [c.244]

Отметим, что сумма массовых чисел в левой и правой частях уравнения (20,1) одинакова (238 = 234 + 4). Точно также одинакова и сумма атомных номеров, или ядерных зарядов, в левой и правой частях уравнения (92 = 90 -1- 2). В любых ядерных реакциях суммы массовых чисел и атомных номеров должны оставаться без изменений. При записи ядерных уравнений не имеет значения химическая форма атома, ядро которого рассматривается, так как радиоактивные свойства ядра практически не зависят от химического состояния атома. Совершенно безразлично, имеем ли мы дело с атомом в форме )лемента или в форме одного из его соединений. [c.245]

ГАММА-ЛУЧИ (v-лучи) — электромагнитное излучение с о чень короткими длинами волн (до 1 А), испускаемое атомными ядрами при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях. Г.-л., в отличие от а- и р-лучей, не отклоняются в электрических и магнитных полях и имеют большую проникающую способность. Г.-л. используются для обнаружения внутренних дефектов изделий (гамма-дефектоскопия), в медицине для гамма-терапии злокачественных опухолей, в пищевой промышленности для консервирования продуктов и др. В химии Г.-л. применяют для инициирования радиационно-химических реакций. Источником Y-лучей служат радиоактивные изотопы Со, и др. Способы индикации Г.-л. сходны с рентгеновским излучением. .) [c.65]

СЕЧЕНИЕ АКТИВАЦИИ —величина, показывающая вероятность образования радиоактивных изотопов при взаимодействии ядерных частиц (нейтронов, протонов, а-частиц) с атомными ядрами. Обозначается буквой а. Практически наиболее важны реакции радиационного захвата нейтронов и соответствующая им величина — сечение захвата нейтронов эти реакции приводят к образованию радиоактивного изотопа элемента, массовое число которого на единицу больше, чем у изотопа, претерпевшего превращение. Во многих случаях при захвате нейтронов тем же самым изотопом наблюдается образование ядерных изомеров, отличающихся друг от друга периодами полураспада. [c.226]

В ходе исследования различных ядерных реакций было установлено, что ядра некоторых тяжелых элементов способны делиться. В 1939 г. было обнаружено, что при бомбардировке урана нейтронами происходит деление ядра на два новых, причем процесс сопровождается вылетом вторичных нейтронов и выделением колоссальной энергии. Выделение при реакции вторичных нейтронов позволило осуществить цепной процесс распада ядра урана и разработать технологию получения атомной энергии. [c.22]

Ядерные реакции. Ядерными называют реакции, при которых данное атомное ядро претерпевает более или менее глубокие превращения, в результате которых образуются новые ядра (одно или несколько) или же изменяется состояние исходного ядра. [c.372]

Искусственно ядерные реакции вызываются облучением ( бомбардировкой ) исходного вещества ( мишени ) различными частицами, обладающими достаточно большой энергией протонами, нейтронами, а-частицами и т. д. Особенно широко применяется обработка нейтронами. Как уже отмечено, эта незаряженная частица сравнительно легко проникает в ядра различных элементов, включая и тяжелые с большим положительным зарядом. Процесс ведут в специальных установках — ядерных реакторах ( атомных котлах ). Достигаемая мощность потока — до 10 нейтронов на 1 см облучаемой поверх- [c.373]

Энергетический эффект ядерных реакций обычно выражают в мегаэлектронвольтах (Мов) на одно атомное ядро, претерпевающее превращение. [c.375]

Получаемые в результате подобных ядерных реакций неустойчивые атомные ядра затем уже самопроизвольно претерпевают то или иное радиоактивное превращение, приводящее к образованию устойчивого ядра. [c.382]

Ядерными называются реакции, в которых непосредственное участие принимает атомное ядро. При этом оно претерпевает более или менее глубокие превращения, в результате которых образуются ядра атомов других элементов (одно или несколько) или же изменяется энергетическое состояние исходного ядра. [c.32]

Предметом ядерной химии являются реакции, в которых происходит превращение элементов, т. е. изменение ядер их атомов. Самопроизвольный распад радиоактивных атомов, рассмотренный выше, представляет собой ядерную реакцию, в которой исходным является одно ядро. Известны и другие реакции, в которых с ядром реагируют протон р, дейтрон (ядро атома дейтерия Н) й, альфа-частица а, нейтрон п или фотон у (обычно гамма-лучи). Удалось вызвать атомные превращения и под действием очень быстрых электронов. Вместо а-частиц (ядер Не) иногда используют ядра более легкого изотопа гелия Не. В последнее время все шире применяют для бомбардировки атомных ядер ускоренные ядра более тяжелых элементов вплоть до неона. [c.581]

Поэтому ядерные реакции захвата нейтронов могут быть осуществлены во всех частях звезды и с нейтронами любых энергий. Эти реакции приводят к образованию тяжелых элементов с атомной массой более 60, в том числе всех известных и сейчас существующих на Земле р-активных естественных радиоактивных изотопов. Прямым доказательством протекания процесса захвата нейтронов в звездах служат астрофизические и спектроскопические данные о нахождении в некоторых звездах (состояние которых отвечает этой стадии эволюции) изотопа элемента технеция. Распространенность химических элементов в веществе звезд тем больше, чем меньше для них вероятность захвата нейтронов. Ядрами, устойчивыми по отношению к захвату, и являются изотопы с магическими числами нейтронов. Такие ядра обладают повышенной распространенностью. Эта стадия эволюции осуществляется иа звездах, называемых красными гигантами. В недрах красного гиганта температура продолжает расти. При 10 К медленные реакции захвата нейтронов уступают место все более быстрым. Процесс приобретает ла- [c.426]

Дальнейшие работы Резерфорда дали возможность определить радиус атомного ядра и его заряд. Резерфорд первый наблюдал ядерную реакцию превращения атома N в изотоп кислорода. [c.31]

При взаимодействии уквантов с атомными ядрами возможен ряд процессов возбуждение более высоких уровней ядра, ядерные реакции типа (у, п), у,р), у, а.) и т. д. Все фотоядерные реакции являются пороговыми, т. е. они протекают только под воздействием достаточно жестких 7-квантов. Другой особенностью фотоядерных реакций является их резонансный характер. Начиная с пороговой энергии, сечение фотоядерной реакции быстро возрастает с ростом энергии у-квантов до некоторого максимального значения и затем снова падает. Из всех фотоядерных реакций наименьшую величину порога и наибольшее значение сечения имеет реакция (у,п), которая находит наибольшее применение в фотоактивационном анализе. В результате реакции (у,п) обычно образуется нейтронодефицитный изотоп исходного элемента, распадающийся путем испускания позитронов. Пороги реакций (у, ) для большинства элементов колеблются в пределах от 6 до 16 Мэв. [c.568]

Под ядерными реакциями понимается взаимодействие соответствующих частиц (нейтронов, протонов, дейтронов, а-частиц и друпх атомных ядер) с ядрами химических элементов. Наиболее простые ядерные реакции характеризуются следующим механизмом. Одна из бомбардирующих частиц захватывается ядром-мишенью и образуется промежуточное составное ядро с очень короткой продолжительностью жизни ( 10" с). Последнее испускает элементарную частицу или легкое ядро и превращается в новое ядро. [c.660]

Ядерные реакции коренным образом отличаются от химических реакций, при которых атомные ядра остаются неизменными, а в процессе принимают участие лишь внешние электроны атомов. Тем не менее к ядериым превращениям могут быть приложены закономерности и уравнения химической термодинамики, так как термодинамика в своей основе не связана с определенными представлениями о структуре и свойствах отдельных частиц. Закономерности химической термодинамики поэтому приложимы к превращениям веществ, взаимодействующих в стехиометрических количествах, хотя бы эти превращения не имели химического характера. [c.343]

Первое искусственное осуществление ядерной реакции (Резерфорд, 1919) положило начало новому методу изучения атомного ядра. Открытие нейтронов (Чэдвик, 1932) привело к возникновению протонно-нейтронной теории атомных ядер, предложенной сначала Д. Д. Иваненко и Е, Н. Гапоном (1932) н в том же году Гейзенбергом. Вскоре Фредерик и Ирен Жолио-Кюри (1934) открыли явление искусственной радиоактивности В 1938 г. Хан и Штрассман осуществили деление атомного ядра урана, а в 1940 г. К. Д. Петржак и Г. Н. Флеров открыли явление самопроизвольного деления атомных ядер. В 40-х годах была осуществлена цепная ядерная реакция (Ферми) и вскоре был открыт новый вид ядерных превращений — термоядерные реакции. Дальнейшее развитие ядерной физики сделало возможным использование ядерной энергии. Позднее эти явления стали использовать при химических и биологических исследованиях. В настоящее время разрабатывается проблема осуществления управляемых термоядерных реакций. [c.19]

Атомное ядро может вступать в реакции и, следовательно, изменяться несколькими различными способами. Некоторые ядра неустойчивы и самопроизвольно испускают субатомные частицы и электромагнитное излучение. Такое самопроизвольное испускание частиц или излучения из атомного ядра называется радиоактивностью. Открытие этого явления Анри Беккерелем в 1896 г. описано в разд. 2.6, ч. 1. Изотопы, обладающие радиоактивностью, называются радиоактивными, или радиоизотопами. В качестве примера приведем уран-238, который самопроизвольно испускает альфа-лучи эти лучи представляют собой поток ядер гелия-4, называемьк альфа-частицами. Когда ядро урана 238 теряет альфа-частицу, оставшийся фрагмент ядра имеет атомный номер 90 и массовое число 234. Таким образом, он представляет собой не что иное, как ядро изотопа торий-234. Обсуждаемую реакцию можно описать следующим ядерным уравнением [c.245]

Для того чтобы происходила цепная ядерная реакция, образец делящегося вещества не должен быть слишком мал, иначе нейтроны покинут его прежде, чем у них появится возможность столкнуться с каким-либо ядром и вызвать процесс деления. Если слищком большое количество нейтронов покидает образец делящегося вещества, цепная реакция обрывается. В таком случае масса образца называется подкритической. Если масса образца достаточно велика, чтобы в нем поддерживалась цепная реакция с постоянной скоростью деления, такая масса называется критической. Эго возможно в том случае, если после каждого акта деления только один нейтрон может вызвать новый акт деления. Образец еще большей массы удается покинуть лишь немногим нейтронам. В этом случае по мер е развития цепной реакции число делений все множится реакция протекает в надкритической области. Различия в характере протекания реакции ядерного деления в зависимости от того, является ли масса образца подкритической, критической или надкритической, схематически иллюстрируются рис. 20.13. На рис. 20.14 показан один из способов создания надкритической массы делящегося вещества в атомной бомбе. Для этого с помощью химических взрывчатых веществ быстро соединяют две подкритические массы, в результате чего образуется надкритическая масса. Как видно, принципиальная схема устройства такой бомбы очень проста. Делящиеся вещества, вообще говоря, доступны любому государству, где имеются атомные реакторы, что уже привело к распространению атомного оружия среди мно- [c.268]

Чрезвычайно редко встречаются такие ядра-мишени, которые дают один специфический тип ядерной реакции. Наоборот, данное ядро в результате бомбардировки альфа-частицами подвержено нескольким различным типам ядерных реакций, например возможны (а, п)- и (а, р)-реакции и большое число других, менее вероятных реакций. Кроме того, разнообразие возможных реакций увеличивается при использовании разных бомбардирующих частиц (нейтронов, протонов, дейтронов, фотонов и даже заряженных атомов тяжелых элементов). Для каждого из этих процессов атомное ядро будет иметь специфическое поперечное сечение. В качестве примера рассмотрим облучение теллура фотонами, имеющими энергию до 70 Мэе. Такое облучение приведет в основном к у, п)-и (V. р)-реакциям, причем преобладающей будет (у, /г)-реакция. Однако можно наблюдать довольно большое число менее обычных реакций. Они могут охватывать диапазон от обычных реакций, таких, как (7, 2п), до таких редко встречающихся реакций, как (7,ЗрЗ/г)-реакция. Общее поперечное сечение превращения будет определяться первыми двумя типами реакций. Однако другие реакции также будут вносить свои вклады. Далее, если использовать другую область значений энергий фотона, то окажется, что соотношение поперечных сеченийУразличных реакций будет изменяться. Если энергия фотона уменьшится, то можно ожидать, что (у, /г)-реакция будет вносить еще больший вклад в поперечное сечение, а если энергия фотона увеличится, то увеличится вклад других реакций. В общем случае следует ожидать, что уменьшение энергии падающей частицы будет благоприятствовать испусканию незаряженной частицы. Это, по-видимому, связано с повышением потенциального барьера для излучаемой частицы при увеличении ее заряда. В общем случае, если падающая частица обладает более низкой энергией, происходит испускание нейтрона или протона. Эти тенденции хорошо иллюстрируются рис. 11-14, на котором приведена зависимость поперечного сечения индуцированных альфа-частицами реакций для N1 от энepгии . Из рис. 11-14 видно, что поперечное сечение реакции зависит не только от ядоз-мишани и типа реакции, но также и от энергии бомбардирующей частицы. [c.416]

При взаимодействии радиоактивного излучения с веществом происходят процессы ионизации и возбуждения атомов и молекул. Фотоны и частицы с достаточно высокой энергией могут вызвать ядерные реакции. Однако преобладающий процесс — взаимодействие излучения с электронами атомных оболочек и электрическим полем атомного ядра. При подобном взаимодействии частицы или фотоны теряют энергию или часть ее. Некоторые столкновения приводят к изменению направления движения частицы. Это значит, что радиоактивное излучение абсорбируется и рассеивается веществом. Указанные процессы взаимодействия положены в основу методов обнаружения а-, Р- и у-излучения. На этом же принципе основаны методы радиометрического анализа веществ без их разру шения [1,2, 6]. [c.304]

При взаимодействии свободных нуклонов, сопровождающемся образованием атомного ядра, выделяется энергия, в миллионы раз пре-. вышающая энергию экзотермических химических реакций. Масса ядер-ного нуклона (протона или нейтрона в атомном ядре) меньше массы свободного протона или нейтрона из-за выделения атомной энергии при ядерном синтезе и выражается дробным числом. В то же время число нуклонов (Л) в атомном ядре равно сумме числа нейтронов М) и протонов (Z) А=Ы+1, эта величина — всегда целое число. [c.210]

Тот же эффект используется и в случае, когда источником ядерной энергии служат ядра наиболее легких атомных ядер, соединяющихся 1в более тяжелое ядро. При таких ядерных реакциях выделяется особенно много энергии потому, что дефект масс тут наибольший (энергия связи для атомных ядер с 2>5 составляет 7,4—8,8 МэВ). Действительно, кривая дефектов масс показывает, что хотя атомные ядра всех элементов образуются с выделением энергии, больше всего энергии выделяется ири образовании элементов средней части периодической системы. Поэтому можно использовать атомную энергию, выделяющуюся при образавании более тяжелых атомных ядер из самых легких, а также при распаде атомных ядер тяжелых элементов. В первом случае происходит ядерный синтез, во втором — процесс деления тяжелых атомных ядер. [c.211]

При рассмотрении ядерных превращений, а также ядерных реакций полезно пользоваться так называемым правилом смеш ения, сформулированным в 1913 г. К. Фаянсом при а-распаде заряд ядра уменьшается на две единицы, а атомная масса — на четыре. При (З-распаде заряд ядра увеличивается на единицу, а масса не меняется. При по-зитронном распаде масса ядра также ие меняется, а заряд ядра уменьшается на единицу. Наконец, при изомерном превращении не изменяются ни заряд, ни его масса. [c.216]

В первых опытах по искусственному расщеплению ядер использовались а-частицы. Выходы таких реакций были чрезвычайно малыми. Например, из 100 000 а-частиц, проходящих через облучаемый материал, приблизительно только одна вызывала расщепление атомного ядра. Небольшие выходы объясняются отталкиванием одноименно заряженных ядер мишени и а-частиц. Отталкивание растет с увеличением порядкового номера бомбардируемого элемента. Поэтому а-частицы, получаемые от природных радиоактивных элементов (с энергией 2—7 МэВ), уже не расщепляли элементы, следующие за кремнием. Для осуществления ядерных превращений с более тяжелыми ядрами потребовались частицы с большими энергиями, Для расщепления ядра урана нужны а-частицы с энергией больше 20 МэВ. Создание различного рода ускорителей (циклотро- [c.416]