Представленная анимация демонстрирует процесс деления ядра урана-235.
В 1938 году немецкими учёные Отто Ган и Фриц Штрассман открыли явление деления урана. Они установили, что в результате бомбардировки нейтронами ядер урана образуются элементы средней части периодической системы химических элементов.
Физическое объяснение делению ядер дали физики Отто Фриш и Лиза Мейтнер.
В 1939 году Нильс Бор и Джон Уилер объяснили механизм деления ядер при помощи капельной модели ядра. Сделали они это в статье «Механизм деления ядер».
В природе уран встречается в виде двух изотопов: уран-235 (0,7 %) и уран-238 (99,3 %). При этом реакция деления уран-235 наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах, а ядра урана-238 вступают в реакцию деления только с быстрыми нейтронами с энергией порядка 1 МэВ.
Рассмотрим процесс деления ядра урана-235:
- Ядро можно рассматривать как шарообразную каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости. На все нуклоны в ядре действуют ядерные силы притяжения, кроме этого на протоны действуют электростатические силы отталкивания одноимённых зарядов, в результате чего протоны располагаются на периферии ядра. Если ядро не возбуждено, то эти две силы компенсируют друг друга, предотвращая разрыв ядра.
- При поглощении ядром урана-235 нейтрона оно получает дополнительную энергию, что приводит к образованию возбуждённого ядра урана-236 и его колебаниям.
- Если колебания достаточно интенсивные, то ядро сильно вытягивается с последующим образованием гантелевидной формы с явно выраженным перешейком.
- Когда силы кулоновского отталкивания одноимённо заряженных частей «гантели» превысят притяжение нуклонов в перешейке, ядро разделяется на два приблизительно разных осколка, которые разлетаются со скоростями, равными около 1/30 скорости света.
- Осколки «перегружены» нейтронами и являются радиоактивными. За время меньше 10-14 с из осколков вылетают 2-3 нейтрона (которые называют мгновенными) и гамма-кванты.
Деление ядер урана сопровождается выделением энергии около 200 МэВ, или 1 МэВ на нуклон. Около 80 % этой энергии выделяется в виде кинетической энергии осколков, а остальные 20 % приходятся на энергию радиоактивного излучения осколков и кинетическую энергию мгновенных нейтронов.
Важно, что в результате деления ядра урана, вызванное нейтроном, возникают новые нейтроны, способные привести к делению следующих ядер урана.
