Ядрен разпад
YM Tsipenyuk
Москва Институт по физика и технологии.
Ядрен разпад
Liquid капка модел на разпад
Фиг. 1. Фото последователни деформации течни капчици, направени от Thompson и колегите му в Lawrence лаборатория на Университета на Калифорния [2]
Първоначалният спад на деформация извършва от напрежението прилага по капка. По-долу е показано, това, което се случва, когато първоначалната деформация не е достатъчно да се разделят и паднат обратно в оригиналната сферична състояние. На горния фотографии деформация доведе до спад на прага на удължението, което води до най-тясната му част от него се раздели на две, която бързо придобива сферична форма.
Силите в атомните ядра са различни, разбира се, от силите на капка вода. В най-простия модел на ядрото течност капка се появява под формата на сфери с електрически заряд е равномерно разпределени по целия обем. Когато ядрото от 235 U абсорбира неутрон, придобитата енергия може да или на възбуждане на сферично ядро на нуклоните, или по щам, в който се нуклоните остане спокоен глас. В резултат на това деформация на ядрото е удължен до точка седло, на което силата на отблъскване между обвиненията в краищата на ядрото продълговатия става по-голям, отколкото привличането на ядрените сили. С допълнително деформиране на сърцевината се разделя на две части. Благодарение на електростатичните сили на отблъскване те разпръсват светлина 1/30 скорост, като по този начин настъпва превръщане делене енергия в кинетична енергия на фрагменти ядрото. След това се деформира по време на фрагменти на делене под формата на сфери, и излишната енергия се отвежда от неутрони и гама-лъчи.
Моделът течната капка обяснява защо тежки ядра се делят много по-често в белите дробове: колкото повече протоните в ядрата, толкова по-голяма е необходимо най-отблъскващите сили между краищата на деформирани ядра и по-малко допълнителна енергия за този процес.
Фиг. 2. качествената форма на енергия в зависимост ядро уран от деформация, както може да се види от модела на течност капка
По-горе само делене на ядрата, но както вече бе споменато, тежките ядра могат да се делят спонтанно, т.е. спонтанно. Този процес е чисто квантово-механично. Ако графиката изобразява ядрената енергия зависимостта на деформация (фиг. 2), се вижда, че докато е енергично благоприятно да се отделят тежки ядро, това предотвратява т.нар бариера разделяне. С други думи, когато първоначалната деформация енергия увеличава ядрото, и ядрото е неизгодно, защото се деформира.
Силите в атомните ядра са различни, разбира се, от силите на капка вода. В най-простия модел на ядрото течност капка се появява под формата на сфери с електрически заряд е равномерно разпределени по целия обем. Когато ядрото от 235 U абсорбира неутрон, придобитата енергия може да или на възбуждане на сферично ядро на нуклоните, или по щам, в който се нуклоните остане спокоен глас. В резултат на това деформация на ядрото е удължен до точка седло, на което силата на отблъскване между обвиненията в краищата на ядрото продълговатия става по-голям, отколкото привличането на ядрените сили. С допълнително деформиране на сърцевината се разделя на две части. Благодарение на електростатичните сили на отблъскване те разпръсват светлина 1/30 скорост, като по този начин настъпва превръщане делене енергия в кинетична енергия на фрагменти ядрото. След това се деформира по време на фрагменти на делене под формата на сфери, и излишната енергия се отвежда от неутрони и гама-лъчи.
Моделът течната капка обяснява защо тежки ядра се делят много по-често в белите дробове: колкото повече протоните в ядрата, толкова по-голяма е необходимо най-отблъскващите сили между краищата на деформирани ядра и по-малко допълнителна енергия за този процес.
По-горе само делене на ядрата, но както вече бе споменато, тежките ядра могат да се делят спонтанно, т.е. спонтанно. Този процес е чисто квантово-механично. Ако графиката изобразява ядрената енергия зависимостта на деформация (фиг. 2), се вижда, че докато е енергично благоприятно да се отделят тежки ядро, това предотвратява т.нар бариера разделяне. С други думи, когато първоначалната деформация енергия увеличава ядрото, и ядрото е неизгодно, защото се деформира. Въпреки това, в квантовата механика тунелиране през бариерата е възможно. Следователно, не е ограничен вероятност за спонтанно разцепване на тежки ядра в момента на единица, толкова по-атомен номер (ядрено зареждане), толкова по-ниска бариера разделяне на по-висока вероятност за спонтанно разцепване, и по-малко спонтанно делене. Трансуранови елементи се различават много лесно, и това се определя от границата на стабилен изотоп маса.
В изотоп 235 U делене бариера е приблизително 6 MeV, само енергия, която прави забави неутрона в ядрото, и следователно така е лесно дели този изотоп в усвояването на неутрони.
Процесът на ядрено делене е лесно описани въз основа на модел на течната капка. Нека ядрото променя формата си, като сферична стане елипсовидна. Обемът на ядрото не се променя (почти несвиваем ядрено вещество), но се увеличава повърхността и енергия намалява Кулон (увеличава средното разстояние между протони). Очевидно, количеството определяне ядро способността да се разделят, е съотношението на Кулон енергия на повърхността, т.е.
Основни свойства разпад лесно прогнозира въз основа на по-горе мотиви.
- При разделяне на тежката ядрото трябва да се остави голяма енергия Q, тъй като специфичната енергия на тежки ядра в приблизително 0.8 MeV по-малко от вторични ядра. Например, за 238 U ядро
Ако се приеме, че = R1 + R2. където R1. R2 - радиуси ядра фрагменти, които могат да бъдат изчислени от формула R = 1.3 * 13 октомври 1/3 см, а Зл = Z2 = Z0 / 2 = 46 (приемайки, че сърцевината е разделена на две), получаваме
т.е. стойността на същия ред, в който на Q.
- Получените делене фрагменти трябва да бъдат радиоактивни и може да излъчват неутрони. Това е следствие от факта, че като съотношение на броя на ядрените зареждане на неутрони с броя на протоните увеличава поради нарастването на кулони XYZ енергийни протони. Следователно, фрагменти на ядра ще носят същия съотношение разделение N / Z, като, например, че на уран, т.е. ще бъде претоварена с неутроните, и тези тестове ядра гниене (поради големите претоварване неутрони продуктите от тази гниене също дейност, така че фрагменти на делене да доведе до достатъчно дълги вериги от радиоактивни ядра). Освен това, част от енергията може да се отведе чрез директно излъчване на вторични неутрони или делене неутрони. Средната енергия на разпад неутрони е около 2 MeV.
Средният брой неутрони, излъчвани на делене, зависи от масата на делящи ядро и се увеличава с Z. Ако ядрото 240 Пу = 2.2, вече за 252 Cf = 3.8. От 252 CF също разпада достатъчно бързо (по отношение на спонтанно делене на Т1 / 2 = 85 години, но наистина време гниене живот се определя и е 2.64 години), е интензивен източник на неутрони (понастоящем е една от най-обещаващите на радиоактивни източници неутронни).
Голяма енергия и емисиите на вторични неутрони в процеса на делене са от голямо практическо значение. На процеса на ядреното делене на базата работа ядрени реактори. Трябва да се отбележи, че в момента в Западна Европа около 50% от електроенергията се произвежда от атомни електроцентрали.
черупки ефекти
Течен капка модел обяснява много характеристики на процеса на разпад, но стабилността на тежките ядра са силно повлияни от местоположението lochechnye ефекти и се определя не само от структурата на делене бариера, но също основното състояние на ядрото. Известно е, че ядрото като атомите са към конструкцията на obol слой. Ефектът от тази структура е важно за всички ядра. Неговата роля за най-тежките ядра, обаче, най-значимите, защото много от тях просто нямаше да съществува без тези ефекти.
Фигура 3. Енергия сърцевина 240 Pu като функция на параметъра аксиално симетрична деформация (съотношението на действителните semiaxes). Минимална енергия съответства на изкривен, а не сферична форма на ядрото, вторият максимум е отговорен за появата на ядрените държави почти статичен делене
Фиг. 4. Пълен бариера делене 264 108 (плътна линия) и гладка си част, изчислена в различни изпълнения, модел течната капка
Теоретични изчисления показват, че микроскопско силният изменение променя повърхност потенциалната енергия, свързани с разделянето. За такива ядра 260 106, с период на полуразпад по отношение на спонтанно делене няколко милисекунди, увеличението на живот поради влиянието на структурата на обвивката ефективно определя неговия полуживот. В сравнение с течност падащи предвижданията на своя живот от 15 порядъци по-най! Фигура 4 илюстрира как ефектите черупки са важни за тежки ядра.
Тази фигура показва бариера спонтанно делене 264 108 или, с други думи, зависимостта на основното състояние на ядра от размера на надлъжна деформация енергия. Пълен делене бариера с корекция на обвивката е показано от твърдата линия и гладки си част - пунктираната линии и точки (изчисления са извършени в различни подходи). Може да се види, че значителна височина (около 6 MeV), бариерата разделяне на резултата от включването на ефектите на черупката. Без тях възниква не делене бариера.
Друго изненадващо предсказване на теорията е възможността за съществуването на неизвестни стабилни свръхтежки ядра - остров стабилност, вероятно в района на Z = 114.
Последният естествен стабилно ядро съществуващия на нашата планета е на уран, таксата е равна на 92. Всички тежки елементи са изкуствени, те са радиоактивни и се разпадат по време на съществуването на Земята. Всички елементи на до 100 бяха получени чрез неутронно облъчване и последващото разпадане на ядрото, и след синтеза на нови клетки, получени чрез стабилна изотопи бомбардиране с тежки йони.
Липсата на елементи в природата с броя на протоните надвишава 92 поради тяхната относителна нестабилност гниене или спонтанно делене. В прехода от торий във фермата по време на спонтанно делене се намалява с 30 порядъка! Поради това изглежда, че синтезът на елементи transfermium абсолютно нереално. Ето защо прогнозите на теоретични изчисления, основани на метода на Strutinskii причинени множество опити за намиране експериментални свръхтежки стабилни елементи. Ние правим опита на търсенето на свръхтежки елементи в природата и техните методи за синтез на ядрени реакции.
Въпреки това, ентусиазма на 70-те години постепенно избледня, като не е имало търсене на положителни резултати в двете посоки. Опит за свръхтежки елементи бомбардиране, например, уран все тежки йони, за съжаление, довели до факта, че полученото съединение ядрото има всички по-висока температура (за преодоляване на Кулон бариера енергията на инцидента йон трябва да се увеличи), изпарява се нуклоните преди да се образува желания свръхтежък ядро. Но в началото на 80-те години на интензитета на научните изследвания в тази област се е увеличил, и това се дължи на две причини: теоретиците, разработването на по-усъвършенствани методи за изчисление, настоява за надеждност предвиждане за съществуването на остров на стабилност и експериментаторите пипнешком-ефективни методи на синтез.
Идеята на предложения метод се състои Дубна физика, които получават слабо ядро с емисия на само един или два неутрони може бомбардиране целеви ядра екзотични тип 48 Са или 34 S, в които много повече неутроните в ядрата на конвенционални елементи. Така, след като полученото междинно съединение ядро с необходимия брой неутрони. Този метод се нарича "студен синтез." Същността му се състои в използването и като мишена и обстрелват ядра частици с магически числа, близки до броя на неутроните и протоните. Например, чрез облъчване йони 32 238 U S получава слабо съединение ядро (възбуждане енергия от порядъка на 50 MeV), след отделянето от които четири или пет от неутрони, генерирани от сърцевината 108 и броят на зареждане на неутроните 159 и 160. В такъв относително ниска възбуждане енергията се увеличава относителната стабилност и разделяне на ядрото губи енергия главно от емисиите на лъчи, и само един или два неутрони. Този метод може да се движи до 110-ия елемент, но за съжаление, напречното сечение на реакционната студен синтез намалява рязко с увеличаване на ядрен заряд.
Идентифициране на нови елементи се прави чрез измерване на веригата на радиоактивни трансформации. Изотопи на свръхтежки елементи попадат главно поради разпада, именно защото те са по отношение на спонтанно делене е много по-стабилна.
Въпреки че все още не е достигнал на стабилността на острова, експериментаторите ясно показаха, че вече има ефекта на неутронна черупка N - 162 по време на полуживот на синтезирани ядра. Вече има всички основания да вярваме, че един остров на стабилност около сферичната свръхтежък ядрото 294 110 там. Разтягане от остров Архипелагът на стабилност се проявява в свойствата 265 106, 266 106, 261 107, 262 108, 263 109.
Фиг. 6. логаритми полуживота (в секунди) с емисия на алфа частици () и спонтанно делене (SF), изчислени за различни изотопи на елемента 114
Външният вид на района на деформирани свръхтежки ядра около прогнозира двойно магически ядрото 270 108 е важно през последните години, се променя представите ни за стабилността на най-тежките ядра. Преди много време вярвали, че прогнозира свръхтежък сферична ядро, разположено около двойната магия ядрото 298114 представлява остров на стабилност, която е отделена от полуостров сравнително дълъг живот ядра "море" пълна нестабилност. Външният вид на деформирани свръхтежки ядра ни позволява да се очаква, че на полуострова следва да бъде удължен до остров сферични свръхтежки ядра включително.
Фиг. 6 показва връзката между изчислената полуживот сърцевината 114 по отношение на -decay и делене. Може да се види, че тежкият изотоп на елемент полу-разпад период се определя и е около 20 секунди. По този начин, той може да се очаква, че ядрата на полето свръхтежък, се разпадат главно от емисиите от частици, което е важно за експериментално изследване и проучване на тези ядра, защото го прави идентифицирането им по-надеждни.