ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — превращения ядер атомов, вызванные воздействием на них элементарных частиц или других ядер.

В результате ядерной реакции возможно превращение одного химического элемента в другой. Ядерные реакции используются для получения изотопов (см.), широко применяемых в промышленности и медицине. На реакциях деления ядер урана и плутония основана работа атомных электростанций (см. Реакторы ядерные). Ядерные реакции используются в ядерной физике для изучения строения и свойств ядра атома (см. Ядро атомное) и элементарных частиц (см.).

Для получения ядерных реакций ядра атомов бомбардируют частицами, движущимися с высокими скоростями. Такие частицы возникают при радиоактивном распаде (см. Радиоактивность), они имеются в составе космического излучения (см.), а также могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц (см.). Только одна из многих тысяч бомбардирующих вещество частиц вызывает ядерные реакции, энергия остальных растрачивается на ионизацию атомов и другие процессы. Для частиц высоких энергий и нейтронов этот показатель может быть намного выше. Для выделения продуктов ядерных реакций используют методы радиохимии. Нагревание вещества до температур, измеряемых миллионами градусов, также может вызвать ядерные реакции. Такие реакции получили название термоядерных.

Первая ядерная реакция осуществлена в 1919 году Э. Резерфордом, который при бомбардировке альфа-частицами ядер азота получил ядра кислорода и протон:

14N + а->170 + р или14Я(а, р)1?0

7 8 7 8

Такого типа реакции обычно записывают в сокращенной форме: А + а —> В + в или А (а, в) В, где А — исходное ядро, а — бомбардирующая частица, В — конечное ядро, в — вылетающая частица (их может быть и несколько).

В настоящее время известно несколько тысяч ядерных реакций. Механизм ядерных реакций — сложный процесс перестройки атомного ядра. Предполагается, что при ядерных реакциях вначале происходит образование, а затем распад составного ядра, получающегося при поглощении исходным ядром бомбардирующей частицы. Так же как и химические реакции, ядерные реакции могут протекать как с поглощением, так и выделением энергии, причем при ядерных реакциях выделяется энергии в миллионы раз больше, чем при химических реакциях. Особый практический интерес представляют цепные реакции деления ядер урана или плутония и реакции синтеза 235 легких ядер. При делении 92 U образуются два осколка и 2—3 нейтрона. Каждый их этих нейтронов способен вызвать новый акт деления, однако, если масса урана невелика, многие нейтроны вылетают наружу, не успев столкнуться с соответствующими ядрами. Если масса распадающегося урана больше некой критической величины, то нейтроны вызывают новые акты деления, и количество осколков и нейтронов стремительно нарастает, что приводит к взрыву огромной силы. Этот процесс происходит при взрыве атомной бомбы (см. Ядерное оружие). Если создать такие условия, что только один из нейтронов, образующихся при делении урана, будет вызывать новый акт деления, то количество делящихся в каждый момент ядер будет примерно одно и то же, взрыва не произойдет, а выделяющееся тепло может быть использовано для получения электроэнергии (1 г урана дает такое же количество энергии, как 2,5 т угля). На этом основана работа атомных электростанций. Еще большее количество энергии выделяется при реакциях синтеза легких ядер, однако такие реакции протекают при очень высоких температурах (многие миллионы градусов). На реакции синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития основано действие водородной бомбы. Необходимая для начала этой реакции температура обеспечивается взрывом атомной бомбы, к-рая выполняет роль своеобразного запала. Сделать реакцию синтеза легких ядер управляемой пока не удается, но в этом направлении ведутся интенсивные научные исследования как в нашей стране, так и за рубежом. Управляемая термоядерная реакция позволит обеспечить человечества практически неисчерпаемым источником энергии.

Библиогр.: Борн М. Атомная физика,, пер. с англ., М., 1965; Кухлинг X. Справочник по физике, пер. с нем., с. 427, М., 1982; Труды Международной конференции по избранным вопросам структуры ядра, т. 2, с. 45, Дубна, 1976; Широков Ю. М. и Юдин Н. П. Ядерная физика, с. 113, М., 1980; Шпольский Э. В. Атомная физика, т. 1—2* М., 1984.