7. Почему осколки деления бета-радиоактивны?

Рис.12. Отношение числа нейтронов N к числу протонов Z в зависимости от массового числа A для ядер долины стабильности

    Рассмотрим этот вопрос на примере деления ядра ²³⁵U. Отношение числа нейтронов к числу протонов в ядре ²³⁵U равно 1.55, в то время как у стабильных элементов, имеющих массу, близкую к массе осколков деления, это отношение 1.25-1.45 (см. рис.12). Следовательно, осколки деления сильно перегружены нейтронами и должны быть неустойчивы к β^--распаду. Действительно, осколки деления испытывают последовательный β^--распад, причем заряд первичного осколка может меняться на 4-6 единиц. Ниже приведены примеры цепочек радиоактивных превращений осколов деления - изотопов ¹³⁵Te, ¹⁴⁰Xe и ⁹⁷Кг с образованием в конце цепочки стабильных ядер ¹³⁵Ba, ¹⁴⁰Ce и ⁹⁷Mo.

8. Мгновенные нейтроны деления

    Нарушение характерного для стабильных ядер соотношения числа протонов и нейтронов приводит к вылету мгновенных нейтронов деления. Эти нейтроны испускаются возбужденными движущимися осколками за время меньшее, чем 4·10^-14 с. В таблице 2  показаны результаты измерения среднего количества мгновенных нейтронов ν, образующихся в одном акте деления. В среднем в каждом акте деления испускается 2-3 мгновенных нейтрона.

Таблица 2. Среднее количество мгновенных нейтронов ν, образующихся  в одном акте деления

При увеличении энергии возбуждения среднее количество мгновенных нейтронов растет (см. рис.13). Из этого факта, а также из того, что кинетическая энергия осколков деления сравнительно мало зависит от энергии возбуждения делящегося ядра, можно сделать вывод, что она в основном переходит в энергию возбуждения осколков. Испускание более чем одного нейтрона в каждом акте деления дает возможность получить энергию за счет цепной ядерной реакции деления.
    Из-за мгновенных нейтронов определенные экспериментально в каждом отдельном акте деления кинетические энергии осколков, строго говоря, не связаны с их массами соотношением (f.9), поскольку оно не учитывает импульсов нейтронов. Однако легко убедиться, что это нарушение весьма незначительно. Более того, при многократных измерениях обсуждаемый эффект нарушения соотношения (f.9) полностью исчезает из-за усреднения по возможным вариантам вылета мгновенных нейтронов из движущихся осколков. Очевидно, сумма масс осколков, входящих в соотношение (f.9), должна быть взята за вычетом массы мгновенных нейтронов.

9. Энергетический спектр нейтронов деления

    Энергетический спектр мгновенных нейтронов непрерывный с максимумом около 1 МэВ. Средняя энергия мгновенного нейтрона близка к 2 МэВ. Энергетический спектр нейтронов аппроксимируется соотношением

где ε - кинетическая энергия нейтронов в Мэв (рис.14). Это соотношение получено в предположении, что нейтроны испускаются движущимися осколками. Хорошее описание экспериментальных данных показывает , что нейтроны испускаются после того, как ядро разделилось. Значения параметра k для некоторых ядер приведены в таблице 3.

10. Запаздывающие нейтроны деления

Рис.15. Схема образования запаздывающих нейтронов: Е* - энергия возбуждения ядра (А, Z+1); В(n) - энергия отделения нейтрона в ядре (А, Z+1); Еn - кинетическая энергия запаздывающего нейтрона

    Оказалось, что небольшая доля (~1%) нейтронов, испускающихся в процессе деления, появляется с некоторым запаздыванием относительно момента деления (так называемые запаздывающие нейтроны). Время запаздывания достигает нескольких минут. Было установлено, что запаздывающие нейтроны испускаются остановившимися осколками после предварительного β^--распада. Причины испускания запаздывающих нейтронов легко понять из рис. 15. Бета-распад осколков приводит к образованию дочерних ядер не только в основном, но и в возбужденных состояниях. Если энергия возбуждения превышает энергию отделения нейтрона В(n), то происходит испускание запаздывающих нейтронов.