Во время ядерных реакций выполняются законы сохранения энергии, массового и зарядового числа. В таких реакциях происходит превращение ядер, и поэтому их внутренняя энергия, следовательно, и их удельная энергия связи изменяется. А это приводит к изменению кинетической энергии частиц в соответствии с законом сохранения энергии.
• Изменение кинетических энергий частиц, участвующих в ядерной реакции, называется энергетическим выходом ядерной реакции:
ΔE = E'K - EK. (2)
Здесь EK и E'K — соответственно начальное и конечное значения кинетической энергии частиц, участвующих в ядерной реакции; ΔE — энергетический выход ядерной реакции.
Если энергетический выход ядерной реакции ΔE > 0, то такая реакция называется экзотермической ядерной реакцией. Поскольку в экзотермической ядерной реакции суммарная масса исходных частиц больше суммарной массы образовавшихся частиц, то эта реакция идет с выделением энергии.
Если энергетический выход ядерной реакции ΔE < 0, то реакция называется эндотермической. Поскольку в эндотермической ядерной реакции суммарная масса исходных частиц меньше суммарной массы образовавшихся частиц, то это реакция идет с поглощением энергии.
Согласно закону сохранения энергии формулу (2) можно записать в виде разности энергии связи ядер:
ΔE = E'CB. - ECB. , (3)
или
ΔE = (m1 - m2)c2 = (m1 - m2) ⋅ 931,5 МеВ.. (4)
Здесь m1 — суммарная масса исходных частиц, m2 — суммарная масса образовавшихся (конечных) частиц.
• Энергетический выход ядерной реакции равен разности энергии связи конечного и исходного ядер.
Согласно представлениям Н.Бора, ядерные реакции протекают в два этапа.
На первом этапе: происходит поглощение частицы исходным ядром и образованием составного ядра, находящегося в возбужденном состоянии. Энергия распределяется между всеми нуклонами этого ядра. Нуклоны обмениваются между собой энергией, в результате в одном из них или в нескольких нуклонах может сконцентрироваться энергия, достаточная для преодоления сил ядерной связи.
На втором этапе: составное ядро за очень короткое время (≈10-14÷10-12с), выделяя путем излучения лишнюю энергию, возвращается в состояние с минимальной энергией - в стабильное состояние. В результате происходит превращение возбужденного составного ядра в другое ядро и частицу:
Первые ядерные реакции. Первую искусственную ядерную реакцию в 1919 году осуществил Резерфорд. Это была реакция превращения азота в кислород и открытие протона:
В 1932 году учеником Резерфорда Джеймсом Чедвиком (1891-1974) был открыт нейтрон в реакции радиоактивного превращения ядер бериллия в изотоп углерода при бомбардировке α-частицами: