Ядерные реакции деления и синтеза

Пользуясь этим графиком легко предсказать энергетический выход любого ядерного превращения. Например, при разделении ядра урана на два осколка с массовыми числами 92 и 133, происходит переход от ядра с меньшей удельной энергией связи к ядрам с большей энергией связи, значит, энергетический выход превращения положительный. При делении ядра магния на два ядра углерода происходит переход от ядра с большей к ядрам с меньшей энергией

 

 

Таблица значений энергии связи некоторых ядер

Изотоп	EсвМэВ	Изотоп	EсвМэВ	Изотоп	EсвМэВ	Изотоп	EсвМэВ
H	2,2	Be	65,0	O	111,9	Po	1675,9
H	8,5	B	37,7	O	127,6	Rn	1697,8
He	7,7	B	56,3	Kr	732,2	Ra	1697,8
He	28,3	B	64,7	Ba	1149,9	Th	1743,0
Li	26,3	B	76,2	Pb	1607,5	Ac	1741,0
Li	32,0	C	73,4	Pb	1636,4	Ra	1741,0
Li	39,2	C	92,2	Tl	1632,2	Th	1766,5
Li	41,3	C	97,1	Po	1655,8	U	1801,7
Be	37,6	N	73,8	Bi	1654,3	Th	1760,2
Be	56,5	N	104,7	Pb	1654,5	U	1783,87

связи. Такое превращение требует затраты энергии извне - энергетический выход отрицательный. Понятно, что положительный выход можно было бы получить при слиянии ядер углерода в ядро магния. Превращения, при которых при слиянии легких ядер получаются более тяжелые, называются ядерными реакциями синтеза.

Вопрос 1. Какими способами можно иметь положительный энергетический выход в ядерных реакциях?

Задача 1. Чему равен энергетический выход ядерной реакции Жолио-Кюри
Li+ He= B+ n?

Решение. Энергетический выход ядерной реакции равен разности суммарных энергий связи правой и левой частей уравнения. Полная энергия связи всту­пающих в реакцию частиц согласно таблице равна ELi+EHe=39,2+28,3=67,5. Полная энергия связи получающихся частиц равна EB=65,0. Сравнение говорит о том, что вступающие в реакцию частицы имеют меньшую полную энергию, чем продукты реакции. Значит, для осуществления реакции надо привлечь дополнительную энергию равную (-67,5) - (-65,0)= -2,5 МэВ.

Задача 2. Выделяется или поглощается энергия в ядерной реакции ?

Решение. Повторяется идея решения задачи 1. Энергетический выход ядерной реакции равен разности суммарных энергий связи правой и левой частей уравнения. Полная энергия связи вступающих в реакцию частиц согласно таблице равна
ELi+EH=32,0+0=32,0. Полная энергия связи получающихся частиц равна E3+E4=7,7+28,3=36,0. Сравнение говорит о том, что вступающие в реакцию частицы имеют большую полную энергию, чем продукты реакции. Значит, для в реакции надо выделяется энергия равная (-32,0)-(-36,0)=4,0 МэВ.

Задача 3. В термоядерных реакциях
и
суммарная кинетическая энергия образовавшихся частиц больше суммарной энергии исходных частиц на величины E1=17,6 МэВ и E2=11,3 МэВ соответственно. Определите дефект массы ядра , если у ядра он составляет 0,00239 а.е.м. Энергия покоя 1 а.е.м составляет 931,5 МэВ.

Решение. Дефест масс D связан с энергией связи соотношением Dс2=Eсв. Будем измерять дефект массы в а.е.м., тогда баланс энергий для каждой из реакций можно записать в виде
D He-(D H+D H)= (энергетический выход E1 измерен в МэВ)

D He-(D H+D H)= (энергетический выход E2 измерен в МэВ) Вычтем из первого второе уравнение, тогда получим
D H-D H = ® D H=D H+ »0,01 а.е.м

Задача близкого содержания предлагается на экзаменах.

Задача 4. Найдите энергетический выход ядерной реакции распада изотопа под действием медленного нейтрона, если известно, что осколками являются ядра бария и криптона .

Решение. Сумма массовых чисел осколков деления меньше массового числа исходного ядра. Этот факт означает, что среди продуктов деления имеются нейтроны (15 шт.).

Энергетический выход реакции равен разности энергий связи осколков и исходного ядра: W=EBa+EKr-EU=1149,9+732,2 -1783,8=98,3 МэВ.

Приведенные выше задачи иллюстрируют только баланс энергий при ядерных превращениях. Ниже рассмотрим условия, которым следует удовлетворить, чтобы осуществить ядерное превращение.