13.9 Ядролық реакция

Ядролық реакция – атомдық ядроның басқа ядролармен немесе элементар бөлшектермен өзара әсерлесуі кезінде атомдық ядролардың басқа ядроларға айналуы. Ядролық реакция символдық түрде былай жазылады:

немесе , (13.14)

мұндағы X және Y – бастапқы және соңғы ядроның символы, және– ядролық реакциядағы атқылаушы және шығарылған (пайда болған) бөлшектер.Мысалы,

немесе қысқаша .

Ядролық реакциялар кезінде өзара әсерлесуші атом ядроларының ішкі қасиеттері мен құрамы өзгереді және элементар бөлшектердің алмасуы өтеді. Бірінші ядролық реакцияны 1919 жылы Э. Резерфорд азот ядросын -бөлшектермен атқылау кезінде іске асырды. Осы реакцияның нәтижесінде үлкен энергиялы протон пайда болады.

немесе таңбалы түрде . (13.15)

Ядролық реакция өзі ие болатын бөлшектерге қарай жіктеледі: мысалы, нейтрондардың, протондардың, дейтрондардың және т.б. бөлшектердің әсерінен болатын ядролық реакциялар -сәулелердің әсерінен болатын ядролық реакциялар (фотоядролық реакциялар). Ядролық реакциялардың бірінші класы – шығарылатын бөлшектердің түрі бойынша топтарға бөлінеді: мысалы, нейтронды ядролық реакциялар -бөлшектерін, протондарды, дейтрондарды реакциялары),-реакциялары (-квантын шығарумен байланысты нейтронды радиациялық қармау) шығарумен байланысты пайда болуы мүмкін.

Нейтрондардың, әсіресе, баяу нейтрондар әсерінен пайда болатын ядролық реакциялар басқа барлық ядролық реакциялар ішінде практикада ең көп қолданым тапты. Ең жеңіл ядролардың баяу нейтрондарды қармауы кезінде ылғи да зарядталған протондар мен α-бөлшектер шығады. Мысалы, .Баяу нейтрондарды жеңіл ядролармен қармау кезінде экзотермиялық реакция болады, мысалы

.

Ядролық реакция энергияның бөлінуі бойынша да (экзотермиялық реакция), сонымен бірге сырттан алынған энергияны жұтумен де (термиялық реакция) өтуі мүмкін. Ядролық реакциялардағы бөлінетін және жұтылатын энергия химиялық реакцияның энергиясын мың есе арттырады. Сондықтан, ядролық физикада өзара әсерлесуші ядролардың массаларының өзгерісін байқауға мүмкіндік болады. Эйнштейн заңы (с – вакуумдағы жарық жылдамдығы) масса мен энергия өзгерісінің байланысын береді. Экзотермиялық реакцияның мысалы ретінде литийді протондармен атқылау кезінде пайда болатын реакцияны атауға болады:

.

Берілген реакцияның энергиялық эффектісі келесі өрнек бойынша есептелінеді:

.

Масса туралы мәліметтерден -ді анықтауға болады. Барлық ядролық реакциялар электр зарядтары мен массалық сандардың сақталу заңдарына сәйкес өтеді: реакцияға қатысатын ядролардың және бөлшектердің (массалық сандардың) электр зарядтарының қосындысы ядролардың және бөлшектердің реакциясы нәтижесінде пайда болатын зарядтардың (массалық сандардың) қосындысына тең болады. Ядролық реакциялар кезінде сонымен бірге энергияның, импульстың және импульс моментінің сақталу заңдары орындалады.

Көптеген ауыр ядролар (баяу нейтрондардың әсерінен бөлінуге ұшырайды, бұл ядролық реакторларда пайдаланылады. Баяу нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакцияның ең көп тараған түрі радиациялық қармау болып табылады, бұл реакторлар жұмысы кезінде кадмий таяқшаларының көмегімен нейтрондар санын өзгерту үшін және реакторларда барлық мүмкін болатын радиоактивті изотоптарды алу үшін қодданылады. Протондардың әсерінен болатын ядролық реакциялар әртүрлі радиоактивті изотоптарды (әдетте бұларизотоптары) алу үшін жиі қолданылады . Мысалы,.-бөлшектердің әсерінен болатын ядролық реакциялар көп жағдайда протондар әсерінен болатын ядролық реакцияларға ұқсас келеді.

Нег. 2[316-346], 8[304-316]

Бақылау сұрақтар:

1. Атом ядросының құрылысы.

2. Күшті өзара әсерлесу – ядролық күштер.

3. Ядроның модельдері.

4. Изотоптар, изотондар, изобарлар.

14-дәріс