Деление атомных ядер

Рис. 1. Процесс вынужденного деления ядра

    Деление атомных ядер – их распад на две части (осколка) сравнимой массы. Деление может быть самопроизвольным (спонтанным) или вынужденным, вызванным взаимодействием ядра с внешней частицей. Деление энергетически выгодно, т.е. сопровождается освобождением энергии, для тяжёлых ядер и является основным источником ядерной энергии. При этом энерговыделение составляет величину 1 МэВ на один нуклон делящегося вещества или 10¹⁴Дж/кг, что намного порядков превосходит энерговыделение всех других освоенных человеком источников энергии. Энергия деления используется в атомных электростанциях (ядерные реакторы) и атомном оружии.
    Процесс деления можно проиллюстрировать, рассматривая ядро как каплю заряженной ядерной жидкости (рис. 1). В процессе деления ядро последовательно проходит через следующие стадии: шар (а), деформация (б), гантель (в), образование "шейки" (г), два осколка (д). В стадии (б) силы поверхностного натяжения, направленные внутрь ядра, стремятся уменьшить площадь поверхности ядра и вернуть его в исходное сферическое состояние, тем самым, препятствуя дальнейшему развитию процесса деления. Для того чтобы ядро “проскочило” стадию (б) и оказалось в стадии (в), когда деление становится необратимым, ему нужно сообщить энергию извне. Эта энергия может быть передана ядру любой внешней частицей, но практически наиболее выгодно использовать для этой цели лишённые электрического заряда нейтроны, так как их сближению с ядром не препятствуют кулоновские силы отталкивания.
    Ядро может разделиться на два осколка с близкими (и даже равными) массами. Но это происходит редко. Чаще один из осколков тяжелее другого (примерно в 1.5 раза). Одна из наиболее типичных реакций деления ядра урана-235 выглядит так:

Она протекает за время не более, чем 10^-12сек и сопровождается испусканием трёх нейтронов. Увеличение числа нейтронов в процессе деления открывает возможность протекания цепной ядерной реакции деления.

Рис. 2. Зависимость удельной энергии связи ядра

от массового числа А.

То, что в реакции деления должна освобождаться энергия, следует из зависимости удельной энергии связи ядра (средней энергии связи нуклона в ядре) от массового числа А (рис. 2). Так в делящемся ядре урана (А = 236) средняя энергия связи нуклона 7.6 МэВ, а у ядер-осколков эта энергия примерно 8.5 МэВ. Избыток энергии связи освобождается. Для одного нуклона этот избыток равен (8.5 - 7.6) МэВ = 0.9 МэВ. Учитывая, что число нуклонов в ядре урана равно 236, получаем для энергии, выделяющейся в одном акте деления, величину 0.9 МэВ ^. 236 212 МэВ. Эта энергия выделяется в основном в виде кинетической энергии разлетающихся осколков.

Энергия деления распределяется примерно следующим образом.

Кинетическая энергия осколков	167 МэВ
Энергия нейтронов деления	5 МэВ
Энергия мгновенных -квантов	7 МэВ
Энергия -частиц продуктов деления	8 МэВ
Энергия -излучения продуктов деления	7 МэВ
Энергия антинейтрино продуктов деления	10 МэВ
Всего	200 МэВ

Деление было открыто Отто Ганом, Фрицем Штрассманом и Лизой Мейтнер в
1938 г. Правильная интерпретация необычного ядерного процесса была дана в том же году Мейтнер и Отто Фришем.

Фриц Штрассман и Отто Ган

Отто Ган и Лиза Мейтнер

Отто Фриш

Подробнее смотрите "Деление ядер".

См. также

Деление атомных ядер Nuclear fission

Деление атомных ядер
_{Nuclear fission}