Радиоактивные семейства, то же, что радиоактивные ряды.

РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ (радиоактивные семейства), группы генетически связанных радионуклидов, в к-рых каждый последующий возникает в результате а-или р-распада предыдущего. Каждый Р. р. имеет родоначальника - радионуклид с наибольшим для данного ряда периодом полураспада Т1/2. Т. к. при испускании ядром a-частицы его массовое число уменьшается на 4 единицы, а при испускании b--частицы остается неизменным, в каждом Р. р. массовые числа всех радионуклидов могут различаться на число, кратное 4. Если значения массовых чисел членов данного P.p. делятся на 4 без остатка, то такие массовые числа можно выразить общей ф-лой 4n (n = 58 или 59); в тех случаях, когда при делении массового числа ядра на 4 в остатке будет 1, 2 или 3, общие ф-лы для массовых чисел членов таких P.p. можно записать как 4n + 1, 4n + 2 или 4n + 3. В соответствии с этими ф-лами различают 4 Р. р., родоначальниками к-рых являются 232Th (ряд 4n), 237Np (ряд 4n + 1), 238U (ряд 4n + 2) и 235U (ряд 4n + 3). Обычно их называют соотв. рядами тория, нептуния, урана-238 и ура-на-235. Ряд урана-238 часто наз. также рядом урана-радия (226Rа-наиб. устойчивый радионуклид радия), а ряд урана-235-рядом актиноурана (первонач. название 235U).

В природе существуют ряды тория, урана-радия и актиноурана (т.наз. естественные P.p.). Это связано с тем, что периоды полураспада 232Th (1,405·1010 лет), 238U (4,468·109 лет) и 235U (7,038·108 лет) соизмеримы с возрастом Земли. Заканчиваются естественные Р. р. изотопами 208Рb, 206Рb и 207Рb, содержание к-рых в земной коре медленно возрастает. Для 237Np T1/2 = 2,14·106 лет, поэтому членов его P.p. в природе нет все они полностью распались. В 40-50-х гг. 20 в. получены искусственно члены этого Р. р. (см. Ядерные реакции). Завершает Р. р. нептуния стабильный нуклид 209Bi.

119. Ядерные реакции. Энергетический выход реакции. Закон сохранения в ядерных реакциях.

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до и после реакции.

В ядерных реакция, идущих при относительно небольших энергиях налетающих частиц (< 100 МэВ) выполняется ряд законов сохранения:

Закон сохранения электрического заряда.

Закон сохранения числа нуклонов.

Закон сохранения энергии.

Закон сохранения импульса.

Закон сохранения момента количества движения.

Законы сохранения электрического заряда и числа нуклонов

Из законов сохранения электрического заряда и числа нуклонов следует, что суммарный электрический заряд и и полное число нуклонов вступающих во взаимодействие должно сохраняться в результате ядерных реакций. Используя законы сохранения электрического заряда и числа нуклонов можно определить неизвестный продукт реакции.

Законы сохранения энергии и импульса

Законы сохранения энергии и импульса приводят к следующим соотношениям между импульсами и энергиями частиц до и после взаимодействия.

Закон сохранения момента количества движения

В ядерных реакциях сохраняется полный момент количества движения замкнутой системы. Закон сохранения момента количества движения - аддитивный закон.

Закон сохранения пространственной четности

В сильных и электромагнитных взаимодействиях пространственная четность P сохраняется. В слабых взаимодействиях пространственная четность не сохраняется. Закон сохранения четности - мультипликативный закон. Для ядерной реакции a + A b + B можно записать

Закон сохранения изотопического спина

Если процесс происходит в результате сильного взаимодействия, то суммарный изоспин и его проекция Iz сохраняются. В электромагнитных процессах сохраняется только проекция изоспина. В слабых взаимодействиях изоспин и его проекция не сохраняются. Для электромагнитных дипольных переходов выполняется правило отбора I = 0, 1. Закон сохранения изотопического спина - аддитивный закон.

Для реакции a + A b + B, идущей через сильное взаимодействие

120. Реакции деления ядра урана. Устройство и принцип действия ядерного реакторов.

Ядро урана - 235 имеет форму шара. Поглотив нейтрон, ядро возбуждается и начинает деформироваться.
Оно растягивается из стороны в сторону до тех пор, пока кулоновские силы отталкивания между протонами не начнут преобладать над ядерными силами притяжения. После этого ядро разрывается на две части и осколки разлетаются со скоростью 1/30 скорости света. При делении ядра образуются еще 2 или 3 нейтрона.
Появление нейтронов объясняется тем, что число нейтронов в осколках оказывается больше, чем это допустимо.

Имеющие огромную скорость разлетающиеся осколки тормозятся окружающей средой.
Кинетическая энергия осколков превращается во внутреннюю энергию среды, которая нагревается.
Таким образом, деление ядер урана сопровождается выделением большого количества энергии.

ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ

- это процесс, в котором одна проведенная реакция вызывает последующие реакции такого же типа.

При делении одного ядра урана образовавшиеся нейтроны могут вызвать деления других ядер урана, при этом число нейтронов нарастает лавинообразно.

Отношение числа образовавшихся нейтронов в одном акте деления к числу таких нейтронов в предыдущем акте деления называется коэффициентом размножения нейтронов k.

При k меньше 1 реакция затухает, т.к. число поглщенных нейтронов больше числа вновь образовавшихся.
При k больше 1 почти мгновенно происходит взрыв.
При k равном 1 идет управляемая стационарная цепная реакция.

Цепная реакция сопровождается выделением большого количества энергии.

Для осуществлении цепной реакции не получается использовать любые ядра, делящиеся под влиянием нейтронов.

Используемый в качестве топлива для атомных реакторов химический элемент уран состоит в природе из двух изотопов: урана-235 и урана - 238.

В природе изотопы урана-235 составляют всего лишь 0,7% от всего запаса урана, однако именно они пригодны для проведения цепной реакции, т.к. делятся под влиянием медленных нейтронов.

Ядра урана-238 могут делиться лишь под влиянием нейтронов большой энергии (быстрых нейтронов). Такую энергию имеют только 60% нейтронов, появляющихся при делении ядра урана-238. Примерно только 1 из 5 образовавшихся нейтронов вызывает деление ядра.

Условия протекания цепной реакции в уране-235:

- минимальное количество топлива (критическая масса), необходимое для проведения управляемой цепной реакции в атомном реакторе
- скорость нейтронов должна вызывать деление ядер урана
- отсутствие примесей, поглощающих нейтроны

Критическая масса:

- если масса урана мала, нейтроны будут вылетать за его пределы, не вступая в реакцию
- если масса урана велика, возможен взрыв за счет сильного увеличения числа нейтронов
- если масса соответствует критической, протекает управляемая цепная реакция

Для урана-235 критическая масса составляет 50 кг (это, например, шар из урана диаметром 9 см).

---

Дата добавления: 2015-07-24