Механизм деления ядер

Свойства тяжелых ядер во многом аналогичны свойствам капли жидкости. Ядерные силы стремятся придать ядру сферическую форму. Аналогом ядерных сил являются молекулярные силы в жидкости, которые тоже являются короткодействующими.

Разрыв капли жидкости претерпевает несколько фаз. (Рис. 3.2.1.)

Разрыв капли жидкости

Рис. 3.2.1.

Аналогичное можно представлять себе и деление ядра. Деление происходит в результате поглощения нейтрона и приобретении энергии возбуждения.

E _возб = E + E _связи

Некоторое значение Е _возб окажется достаточным (Е _возб > Е _кр ), кулоновские силы расталкивания становятся преобладающими, и тогда разрыв ядра неизбежен.

Изобразим на графике 3.2.2. потенциальную энергию взаимодействия осколков деления как функцию расстояния между ними.

Потенциальная энергия взаимодействия осколков деления

Е

А

Екр

Екин. осколков

С

a

b

r

Рис. 3.2.2.

Точка А соответствует основному состоянию ядра. Чтобы произошел распад ядра, необходимо ядру возбудится до энергии Е _возб = Е _кр Точка С отвечает фазе С разрыва. И если произошел распад, то на участке, лежащем справа от точки С, происходит разгон осколков до энергии Е _кин Приобретаемая осколками кинетическая энергия и является основной энергией, используемой в ядерных реакциях.

Если реактор ещё ни разу не работал, необходимо иметь первоначально некоторое количество нейтронов, эти нейтроны берутся за счёт собственного самопроизвольного распада. Значит, запуск реактора можно производить и без нейтронного источника. U²³⁹ и другие промежуточные ядра имеют критическую энергию деления ~ 6,5 МэВ, а энергия связи 6,8 МэВ, таким образом Е _св. > Е _кр. Следовательно, любой нейтрон (с любой энергией) вызовет распад ядра. Для U²³⁹ Е _кр ~ 7 МэВ, Е _св ~ 5,6 МэВ. Здесь нейтрон должен иметь кинетическую энергию порядка энергии порога ~ 1,4 МэВ (=7 – 5,5), чтобы вызвать деление.