Определение ядерной реакции и ее виды
Ядерные реакции являются продуктом изучения и понимания глубин природы и фундаментальной физики. Любое вещество состоит из множества частиц. Остановимся мы на одних, но не самых мельчайших, а именно на атомах и элементарных частицах.
В данной статье мы начнём разбираться и систематизировать данные явления.
Цепные реакции – химические реакции, идущие путем последовательности одних и тех же элементарных стадий, на каждой из которых возникает одна или несколько промежуточных активных частиц.
Ядерная реакция- процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра. Последствием взаимодействия может стать деление ядра, испускание элементарных частиц или фотонов.
Ядерные реакции сопровождается колоссальным выделением энергии, которая принимает в своём итоге тепловой вид (тепловая энергия, мера энергии хаотичных колебаний различных частиц).
Основополагающие виды реакций
1. Ядерное деление – разделение атомного ядра на два и более ядра меньшей массы.
2. Ядерный синтез – объединение двух и более ядер в одно.
Рассмотрим реакцию ядерного деления
Ядерная реакция деления — это процесс, в ходе которого ядро тяжёлого атома, обычно U-235 и Pu-239 , разделяется обычно на два лёгких ядра, при этом высвобождается значительное количество энергии, а также свободные нейтроны и другие продукты реакции.
Далее реакция синтеза
Ядерная реакция синтеза — процесс слияния двух атомных ядер с образованием нового, более тяжёлого ядра. Кроме нового ядра, в ходе реакции синтеза, как правило, образуются также различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения.
Стоит также выделить реакции ядерного распада:
Ядерная реакция распада — это процесс, в ходе которого нестабильное ядро атома преобразуется в более стабильное, выпуская при этом энергию и/или другие частицы. Эта реакция может проявляться в различных формах, включая альфа-распад, бета-распад и гамма-распад.
При альфа-распаде ядро атома теряет два протона и два нейтрона, образуя новое ядро с меньшим атомным номером и массовым числом, а также выделяя альфа-частицу, которая является ядром гелия.
Бета-распад происходит, когда в ядре превращается нейтрон в протон с последующим испусканием бета-частицы (электрона или позитрона) и антинейтрино или нейтрино.
Гамма-распад связан с переходом ядра из возбужденного состояния в более стабильное, при этом высвобождая гамма-квант — электромагнитное излучение высокой энергии. Именно оно является самым опасным для биологических видов.
Теория кулоновского барьера и отталкивания
Далее рассмотрим две теории, основополагающие образование ядер атомов…
Кулоновское отталкивание — это фундаментальный эффект, который проявляется при взаимодействии между положительно заряженными ядрами атомов. Оно препятствует их сближению на достаточное расстояние, необходимое для осуществления ядерных реакций, таких как слияние или деление.
Однако в контексте таких ядерных реакций критически важным является понимание кулоновского барьера — потенциального энергетического барьера, возникающего из-за отталкивающей силы. Это явление ограничивает возможность сближения ядер, и для преодоления кулоновского барьера требуется значительная энергия, что представляет интерес для изучения как естественных процессов, таких как синтез в звёздах, так и искусственных технологий, например, в ядерных реакторах и ускорителях частиц.
Причины выделения энергии при индуцированных ядерных реакциях
Энергия берётся благодаря эффекту дефекта масс. Понятие «Дефект масс» связано с экспериментами по распаду атомных ядер, согласно которым изначальная масса ядра всегда меньше суммы масс его составляющих. Например, масса ядра гелия (альфа-частицы) меньше суммы масс двух протонов и двух нейтронов. Официальное объяснение этого эффекта связывают с тем, что при распаде ядра часть массы преобразуется в энергию в согласии с формулой E=mc2, с чем собственно и связан дефект.
Благодарю за прочтение!