7. Почему осколки деления бета-радиоактивны?

Рис.12
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

  Вынужденное деление Спонтанное деление

Ядро

233U + n 235U + n 239Pu + n 238Pu 240Pu 242Pu 242Cm 244Cm 252Cf

ν

2.58 2.47 3.05 2.33 2.26 2.18 2.65 2.80 3.87

Рис.13

Рис.13. Зависимость среднего количества мгновенных нейтронов от энергии нейтронов, вызывающих деление

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

Рис.14

Рис.14. Энергетический спектр нейтронов, испущенных при делении тепловыми нейтронами ядра 235U

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

N(Т) ~ (ε)1/2ехр(-ε/k),

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.

Таблица 3.
Ядро 233U 235U 239Pu
k 131 129 133

10. Запаздывающие нейтроны деления

Рис.15
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.

Содержание

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru