1.2.2. Ядерные реакции деления
Ядерная реакция деления заключается в том, что возбужденное промежуточное ядро, образующееся при захвате бомбардирующей частицы, делится на две части (осколка), сравнимые по величине. Деление может быть осуществлено под действием частиц большой энергии: нейтронов, протонов, дейтронов. При реализации реакции деления взрывного типа наиболее важное значение имеет деление под действием нейтронов. При делении тяжелого ядра образуются изотопы, расположенные в средней части периодической системы Менделеева, где ядра имеют большую, чем у тяжелых ядер, энергию связи на нуклон. Поэтому реакция деления сопровождается освобождением большого количества энергии.
Так как у образующихся осколков ядер отношение числа нейтронов к числу протонов меньше, чем у тяжелых ядер делящихся материалов, при делении ядер в осколках возникает избыток нейтронов; часть из них превращается в протоны, а небольшая их часть (два-три на один акт деления) остается в виде свободных нейтронов. Это является важнейшим фактором получения самоподдерживающейся реакции деления ядер.
Возникновение при реакции деления двух-трех свободных нейтронов и их электрическая нейтральность, позволяющая им проникать в бомбардируемые ядра без затраты большого количества энергии, обусловливают самоподдерживающийся процесс деления с непрерывным выделением энергии. Такой процесс деления ядер нуклидов, при котором число нейтронов, образующихся в процессе деления ядер за какой-либо интервал времени, равно или больше числа нейтронов, убывающих из системы вследствие утечки и поглощения за тот же интервал времени, получил название самоподдерживающейся цепной реакции деления (СЦР).
В настоящее время известны четыре изотопа, делящиеся под действием как быстрых, так промежуточных и медленных нейтронов. Это 23592U, 23392U, 23994Pu и 24194Pu. Именно эти изотопы и ядерные материалы их содержащие относят к категории делящихся веществ. Изотопы 23392U и 23994Pu в природе не существуют, их искусственно получают из изотопов 23290Th и 23894Pu (соответственно). Под действием тепловых нейтронов 23290Th и 23892Uне делятся, но, захватывая нейтроны, после определенных превращений образуют делящиеся изотопы 23392U и 23994Pu.
Непрерывное самопроизвольное (спонтанное) деление происходит лишь у ядер, для которых отношение Z / А> 44,5. Это отношение называется параметром деления. Для урана и плутония его значения равны 36—37. Поэтому для осуществления деления их ядер необходима дополнительная энергия, которая может быть сообщена им в виде энергии возбуждения попадающих в ядра нейтронов.
Энергия, которую необходимо сообщить ядру для деления, называется пороговой энергией или энергией активации (Еа). Для промежуточных ядер 23692U, 23992U, и 24094Pu она соответственно равна 6, 8; 7,1 и 5,1 МэВ.
Энергия, которую придает ядру бомбардирующая