Ядерные реакции

Изотопы урана

Состав естественного урана в своей основе представлен двумя изотопами: 235 и 238. Больше распространён изотоп 238, так что изотоп 235 составляет всего 1/140 долю от выше названного.

Деление ядер изотопа 235 происходит из-за влияния и быстрых, и медленных нейтронов, а ядра изотопа 238 не обладают таким же свойством. Они делятся только из-за влияния нейтронов с энергией более 1 МэВ, которой обладает 60 % нейтронов, появляющихся при делении. Несмотря на этот фактор, лишь один нейтрон из пяти осуществляет деление изотопа 238, а остальные нейтроны захватываются этим изотопом, не производя деления. Следовательно, цепная реакция с использованием чистого изотопа 238 невозможна. Период распада изотопа урана 238 равняется 4,47 * 109 лет.

Открыли спонтанное деление ядер урана советские физики Г. Н. Флеров и К. А. Петржак в 1940 году.

Стабильный изотоп свинца получается конечным в результате процесса естественного распада, представленного сериями радиоактивных превращений. Ниже показан пример одной из возможных серий:

Теория деления ядер

В рам­ках ка­пель­ной мо­де­ли яд­ра атом­ное яд­ро рас­смат­ри­ва­ет­ся как ка­п­ля рав­но­мер­но за­ря­жен­ной не­сжи­мае­мой жид­ко­сти. На ну­кло­ны дей­ст­ву­ют урав­но­ве­ши­ваю­щие друг дру­га ядер­ные си­лы при­тя­же­ния и элек­тро­ста­тич. си­лы от­тал­ки­ва­ния (ме­ж­ду про­то­на­ми), стре­мя­щие­ся ра­зо­рвать яд­ро. В про­цес­се де­ле­ния яд­ро из­ме­ня­ет фор­му: из сфе­ри­че­ско­го оно де­фор­ми­ру­ет­ся в вы­тя­ну­тый эл­лип­со­ид, за­тем на эк­ва­то­ре эл­лип­сои­да об­ра­зу­ет­ся пе­ре­тяж­ка. Воз­ни­ка­ет ган­те­ле­об­раз­ная фи­гу­ра, и ко­гда пе­ре­тяж­ка рвёт­ся, об­ра­зу­ют­ся ос­кол­ки де­ле­ния. Де­фор­ма­ция яд­ра при де­ле­нии со­про­во­ж­да­ет­ся уве­ли­че­ни­ем его по­верх­но­сти; при этом, как и в жид­кой ка­п­ле, си­лы по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния воз­рас­та­ют, пре­пят­ст­вуя даль­ней­шей де­фор­ма­ции яд­ра. Кон­ку­рен­ция сил по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния и ку­ло­нов­ских сил в ка­пель­ной мо­де­ли оп­ре­де­ля­ет­ся па­ра­мет­ром де­ли­мо­сти, ко­то­рый про­пор­цио­на­лен $Z^2/A$ ($Z$ – атом­ный но­мер эле­мен­та, $A$ – мас­со­вое чис­ло). С уве­ли­че­ни­ем па­ра­мет­ра де­ли­мо­сти рас­тёт не­ста­биль­ность атом­но­го яд­ра от­но­си­тель­но де­ле­ния. 

Барьер деления и последовательность форм, принимаемых делящимся ядром.

Для то­го что­бы яд­ро дос­тиг­ло фор­мы, пред­ше­ст­вую­щей его раз­ры­ву, не­об­хо­ди­ма за­тра­та оп­ре­де­лён­ной энер­гии для пре­одо­ле­ния по­тен­ци­аль­но­го барь­е­ра, на­зы­вае­мо­го барь­е­ром де­ле­ния (рис.). Ес­ли эту энер­гию яд­ро по­лу­ча­ет из­вне, то та­кое де­ле­ние на­зы­ва­ет­ся вы­ну­ж­ден­ным. Вы­ну­ж­ден­ное де­ле­ние яв­ля­ет­ся раз­но­вид­но­стью ядер­ных ре­ак­ций и мо­жет про­ис­хо­дить под дей­ст­ви­ем ней­тро­нов, $\alpha$-час­тиц, про­то­нов, $\gamma$-кван­тов и др. С рос­том атом­но­го но­ме­ра $Z$ умень­ша­ет­ся ста­биль­ность яд­ра от­но­си­тель­но про­цес­са де­ле­ния, что при­во­дит к за­мет­но­му са­мо­про­из­воль­но­му де­ле­нию яд­ра из ос­нов­но­го со­стоя­ния (т. н. спон­тан­но­му де­ле­нию яд­ра). Имен­но не­ус­той­чи­вость от­но­си­тель­но спон­тан­но­го де­ле­ния оп­ре­де­ля­ет не­воз­мож­ность су­ще­ст­во­ва­ния ядер с боль­ши­ми $Z$, т. е. гра­ни­цу пе­рио­дич. сис­те­мы эле­мен­тов. Спон­тан­ное де­ле­ние яд­ра яв­ля­ет­ся раз­но­вид­но­стью ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да (см. Ра­дио­ак­тив­ность) и ха­рак­те­ри­зу­ет­ся пе­рио­дом по­лу­рас­па­да, свя­зан­ным с ве­ро­ят­но­стью спон­тан­но­го де­ле­ния. В слу­чае спон­тан­но­го де­ле­ния про­ис­хо­дит кван­то­вое тун­нель­ное про­са­чи­ва­ние че­рез барь­ер (см. Тун­нель­ный эф­фект).

Ка­пель­ная мо­дель опи­сы­ва­ет лишь ус­ред­нён­ные (сгла­жен­ные) свой­ст­ва ядер. В дей­ст­ви­тель­но­сти же ха­рак­тер про­цес­са Д. a. я. мо­жет су­ще­ст­вен­но за­ви­сеть от внутр. струк­ту­ры яд­ра и со­стоя­ния отд. ну­кло­нов. Напр., барь­ер де­ле­ния ока­зы­ва­ет­ся боль­ше для ядер с не­чёт­ным чис­лом ну­кло­нов, чем для со­сед­них чёт­но-чёт­ных ядер (чёт­ные чис­ла про­то­нов $Z$ и ней­тро­нов $N$). Так, де­ле­ние ядер 238U под дей­ст­ви­ем ней­тро­нов ста­но­вит­ся дос­та­точ­но ве­ро­ят­ным лишь в том слу­чае, ко­гда ки­не­тич. энер­гия ней­тро­нов пре­вы­ша­ет не­ко­то­рый по­рог. В слу­чае же 235U да­же при за­хва­те те­п­ло­во­го ней­тро­на энер­гия воз­бу­ж­де­ния со­став­но­го яд­ра 236U пре­вы­ша­ет барь­ер де­ле­ния и яд­ро де­лит­ся с за­мет­ной ве­ро­ят­но­стью.

Зна­чит. влия­ние на про­цесс де­ле­ния ока­зы­ва­ет струк­ту­ра яд­ра, что при­во­дит к по­яв­ле­нию эф­фек­тов, вы­хо­дя­щих за рам­ки ка­пель­ной мо­де­ли. Су­ще­ст­во­ва­ние ядер­ных обо­ло­чек (см. Обо­ло­чеч­ная мо­дель яд­ра) в ря­де слу­ча­ев су­ще­ст­вен­но из­ме­ня­ет фор­му барь­е­ра де­ле­ния, ко­то­рый, в от­ли­чие от по­ка­зан­но­го на рис., мо­жет иметь не один, а два мак­си­му­ма. Та­кой «дву­гор­бый» барь­ер при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию т. н. изо­ме­ров де­ле­ния (см. Изо­ме­рия атом­ных ядер). Обо­ло­чеч­ные эф­фек­ты силь­но влия­ют на ве­ро­ят­ность де­ле­ния и, в ча­ст­но­сти, от­вет­ст­вен­ны за по­яв­ле­ние ост­ро­ва ста­биль­но­сти сверх­тя­жё­лых эле­мен­тов.

Применение

Область применения ядерных реакций очень обширна. В настоящее время ядерные реакции применяются в следующих областях деятельности человечества:

• энергетика;
• военная сфера;
• синтез новых элементов;
• медицина;
• научные исследования.

Ядерные реакции проникли практически во все сферы деятельности человека.

Энергетика

Энергетика — важнейшая отрасль хозяйства и промышленности. Благодаря тому, что человек научился проводить управляемую ядерную реакцию и аккумулировать полученную энергию, затрачивая при этом минимальное количество сырья, намного уменьшилось потребление традиционных видов органического топлива. Обычно, для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер 235U или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло. Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, делались попытки создать ядерный двигатель для самолётов.

Продукты деления

Массовое число продуктов деления, как правило, не изменяется в процессе β−превращений, поэтому выход осколка деления с определённым массовым числом можно рассматривать и как выход всех продуктов деления с тем же массовым числом. Таким образом, среди продуктов деления находятся в основном атомы с массовыми числами ядер в интервалах 90—105 и 130—145 (см. график в предыдущем разделе).

Состав продуктов деления в общем случае постоянно изменяется, однако если процесс деления продолжается достаточно долго с постоянной скоростью, то в большинстве цепочек β−распада достигается равновесие и химический состав продуктов деления становится неизменным. Каждый элемент при этом представлен многими изотопами из разных цепочек.

В состоянии равновесия из всех продуктов деления примерно:

25 % — редкоземельные элементы,

15 % — цирконий,

12 % — молибден,

6,5 % — цезий,

16 % — благородные газы (ксенон и криптон).

Количество продуктов деления примерно в 2 раза превышает количество разделившихся ядер. Так как размеры всех атомов приблизительно одинаковы, то продукты деления занимают больший объём, чем атомы делящегося материала, что приводит к радиационному распуханию ядерного топлива, то есть образование в нём пор, заполненных газообразными продуктами деления или рост его объёма.

Нейтроны деления

Зависимость среднего числа нейтронов, испускаемых при делении от энергии нейтронов, вызывающих деление для различных ядер

Испускание нейтронов осколками деления — одна из важнейших особенностей процесса деления тяжёлых ядер. Именно она позволяет создать при определённых условиях цепную реакцию деления.

Мгновенные нейтроны

Это нейтроны, испускаемые осколками деления практически мгновенно после деления составного ядра, в отличие от запаздывающих нейтронов, испускаемых продуктами деления через некоторое время после этого. Количество нейтронов, испускаемых в одном акте деления — случайная величина, распределённая примерно по закону Гаусса около среднего значения (2-3 нейтрона на одно делящееся ядро). Мгновенные нейтроны составляют более 99 % нейтронов деления.

Среднее число нейтронов

где

Запаздывающие нейтроны

Это нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время (от нескольких миллисекунд до нескольких минут) после реакции деления тяжёлых ядер, в отличие от мгновенных нейтронов, испускаемых практически мгновенно после деления составного ядра.

В очень редких случаях в цепочке β-превращений образуется ядро с энергией возбуждения, превышающей энергию связи нейтрона в этом ядре. Такие ядра могут испускать нейтроны, которые называются запаздывающими. Испускание запаздывающего нейтрона конкурирует с гамма-излучением, однако в случае перегруженности ядра нейтронами более вероятно будет испускание нейтрона.

Несмотря на малый выход, запаздывающие нейтроны играют огромную роль в ядерных реакторах. Благодаря большому запаздыванию, эти нейтроны существенно, примерно на два порядка и более, увеличивают время жизни нейтронов одного поколения в ядерном реакторе и тем самым создают возможность управления самоподдерживающейся цепной реакцией деления.

Ядро, образовавшееся при испускании запаздывающего нейтрона, может находиться либо в основном, либо в возбуждённом состоянии. В последнем случае возбуждение снимается гамма-излучением.

Испускание нейтронов в процессе деления

Испускание в процессе деления двух-трёх нейтронов считается фундаментальным фактом ядерного деления. И именно оно позволило использовать внутриядерную энергию практически.

Понять же причину испускания свободных нейтронов позволяют следующие соображения. У возникающих при делении осколков относительное число нейтронов оказывается большим, чем это допустимо для ядер атомов, находящихся в середине таблицы Менделеева, потому что с повышением атомного номера возрастает отношение числа нейтронов к числу протонов в стабильных ядрах. В результате этого процесса несколько нейтронов освобождается.

Энергия этих нейтронов характеризуется различными показателями — от нескольких миллионов электронвольт до совсем малых, близких к нулю.

Они обычно делятся на осколки, массы которых различаются приблизительно в 1,5 раза. Эти осколки содержат избыточное количество нейтронов, что делает их сильно радиоактивными.

Цепная реакция деления урана

В январе 1939 года Ферми высказал мысль, что при делении урана-235 следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенных, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвердил наличие быстрых нейтронов.

Вынужденное деление ядер урана нейтронами сопровождается вылетом нескольких нейтронов, которые, взаимодействуя с соседними ядрами урана, вызывают их деление. Т.к. суммарная энергия связи ядер-осколков меньше, чем энергия связи ядра урана, то цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков, энергии квантов и энергии вторичных нейтронов.

Скорость нарастания цепной реакции характеризуют величиной, называемой коэффициентом размножения нейтронов, который характеризует быстроту роста числа нейтронов и равен отношению числа нейтронов в одном каком-либо поколении цепной реакции Ni к породившему их числу нейтронов предшествующего поколения Ni-1:

При k=1 число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменны, реакция протекает стационарно, имеет управляемый характер.

При k>1 число нейтронов увеличивается, интенсивность реакции возрастает.

При k>1,006 может принять неуправляемый характер.

При k=1,01 происходит взрыв.

С целью уменьшения вылета нейтронов с куска урана увеличивают массу урана. Минимальное значение массы урана, при котором возможна цепная реакция, называется критической массой.

В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 200 г (прт наличии отражателя нейтронов) до 50 кг.

Ядерные силы

В состав атомного ядра входят положительно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны. Назревает закономерные вопрос: как частицы одного знака держатся вместе, ведь на них действуют электрические силы отталкивания. Значит, должны существовать какие-то еще силы, гораздо мощнее электрических, которые сдерживали бы все частицы, составляющие ядро атома, вместе. Такие силы назвали ядерными.

Особенностью ядерных сил является то, что они действуют только на коротких расстояниях. Именно этим объясняется тот факт, что действие этих сил в самом ядре огромно, однако оно незначительно за его пределами. Ядерные силы действуют в пределах 10-15м.

Термоядерные реакции

В основе термоядерных реакций лежат реакции синтеза, то есть, по сути, происходит процесс обратный делению, ядра атомов не раскалываются на части, а наоборот сливаются друг с другом. При этом также происходит выделение большого количества энергии.

Термоядерные реакции, как это следует из самого из названия (термо – температура) могут протекать исключительно при очень высоких температурах. Ведь чтобы два ядра атомов слились, они должны приблизиться на очень близкое расстояние друг к другу, при этом преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов, такое возможно при существовании большой кинетической энергии, которая, в свою очередь, возможна при высоких температурах. Следует заметить, что на Солнце происходят термоядерные реакции водорода, впрочем, не только на нем, но и на других звездах, можно даже сказать, что именно она лежит в самой основе их природы всякой звезды.

Коэффициент размножения нейтронов

Каждый нейтрон не обязан вызывать деление ядра: свободное течение цепной реакции этого не требует. Единственное условие – среднее число освобождённых нейтронов в данной массе урана не должно уменьшалось с течением времени. Оно будет выполнено, если коэффициент размножения нейтронов k больше или равен единице.

Коэффициент размножения нейтронов – это отношение числа нейтронов в каком-либо «поколении» к числу нейтронов предшествующего «поколения».

Смена «поколений» нейтронов – это деление ядер, при котором поглощаются нейтроны старого «поколения» и рождаются новые нейтроны.

При k >= 1 число нейтронов увеличивается с течением времени либо остаётся постоянным и цепная реакция идёт. Если же k < 1, то число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.

Коэффициент размножения определяется четырьмя факторами:

• Захватом медленных нейтронов ядрами урана 235 с последующим делением, а также захватом быстрых нейтронов ядрами урана 235 и 238 также с последующим делением;
• захватом нейтронов ядрами урана без деления;
• захватом нейтронов продуктами деления, замедлителем (о нём сказано дальше) и конструктивными элементами установки;
• вылетом нейтронов из делящегося вещества наружу.

Все представленные процессы, кроем первого, сопровождаются уменьшением количества нейтронов. Первый же приводит к их росту, в основном за счёт деления урана 235. В чистом изотопе 238 цепная реакция не начнётся, ведь в этом случае k < 1 (число нейтронов, вновь образующихся за счёт деления ядер меньше числа нейтронов).

Стационарное течение цепной реакции требует соответствия коэффициента размножения нейтронов единице. Точность этого равенства предельно важна, поэтому его необходимо поддерживать. Уже при увеличении или понижении коэффициента размножения на одну сотую произойдёт взрыв.

Делиться – выгодно

Энергии связи (на нуклон) у разных ядер различаются. Более тяжелые обладают меньшей энергией связи, чем расположенные в середине периодической таблицы.

Это означает, что тяжелым ядрам, у которых атомное число больше 100, выгодно делиться на два меньших фрагмента, тем самым высвобождая энергию, которая превращается в кинетическую энергию осколков. Этот процесс называется расщеплением атомного ядра.

В соответствии с кривой стабильности, которая показывает зависимость числа протонов от числа нейтронов для стабильных нуклидов, более тяжелые ядра предпочитают большее число нейтронов (по сравнению с количеством протонов), чем более легкие. Это говорит о том, что наряду с процессом расщепления будут испускаться некоторые «запасные» нейтроны. Кроме того, они будут также принимать на себя часть выделяющейся энергии. Изучение деления ядра атома урана показало, что при этом выделяется 3–4 нейтрона: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

Атомное число (и атомная масса) осколка не равна половине атомной массы родителя. Разница между массами атомов, образовавшихся в результате расщепления, обычно составляет около 50. Правда, причина этого еще не совсем понятна.

Энергии связи 238 U, 145 La и 90 Br равны 1803, 1198 и 763 МэВ соответственно. Это означает, что в результате данной реакции высвобождается энергия деления ядра урана, равная 1198 + 763-1803 = 158 МэВ.

Энергия связи. Дефект масс

Как уже было сказано выше, в ядре действуют ядерные силы, удерживающие частицы вместе. Значит, для того, чтобы расщепить ядро на составляющие, необходимо произвести работу против этих сил. Другими словами, нужно сообщить ядру энергию для преодоления притяжения ядерных сил.

Минимальная энергия, необходимая для разрыва ядра на составляющие, называется энергией связи ядра.

Как же найти эту энергию связи? Над этим трудился знаменитый ученый Альберт Эйнштейн. Он открыл закон о взаимосвязи массы и энергии:

где E – энергия покоя тела массой m. А с– скорость света в вакууме (300 000 км/с).

То есть, если рассуждать логически, энергия покоя ядра должна быть равна суммарной энергии покоя всех частиц его составляющих. Однако это не так. Опытным путем было доказано, что масса ядра (М_я) всегда немного меньше суммарной массы нуклонов (М_р+ М_n), из которых оно состоит:

Разница между суммарной массой нуклонов (М_р+ М_n) и массой ядра (М_я) называется дефектом масс:

Вынужденное расщепление

Гораздо более вероятным является индуцированное деление ядра урана. В этом случае материнское ядро ​​облучается нейтронами. Если родитель его поглощает, то они связываются, высвобождая энергию связи в виде колебательной энергии, которая может превысить 6 МэВ, необходимых для преодоления потенциального барьера.

Там, где энергии дополнительного нейтрона недостаточно для преодоления потенциального барьера, падающий нейтрон должен обладать минимальной кинетической энергией для того, чтобы иметь возможность индуцировать расщепление атома. В случае 238 U энергии связи дополнительных нейтронов не хватает около 1 МэВ. Это означает, что деление ядра урана индуцируется только нейтроном с кинетической энергией больше 1 МэВ. С другой стороны, изотоп 235 U имеет один непарный нейтрон. Когда ядро ​​поглощает дополнительный, он образует с ним пару, и в результате этого спаривания появляется дополнительная энергия связи. Этого достаточно для освобождения количества энергии, необходимого для того, чтобы ядро преодолело потенциальный барьер и деление изотопа происходило при столкновении с любым нейтроном.

Ядерная энергетика

Для осуществления управляемой цепной реакции используют ядерный реактор, который является источником энергии на АЭС и морском флоте. В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер. Впервые управляемая цепная реакция деления ядер урана была осуществлена в 1942 г. в США под руководством Э. Ферми в уран-графитовом реакторе.

В нашей стране первый ядерный реактор был запущен 25 декабря 1946 г. коллективом физиков, которыми руководил И. В. Курчатов.

В ядерном реакторе число нейтронов, участвующих в делении ядер, остается неизменным (k=1), реакция протекает стационарно и имеет управляемый характер.

Ядра урана, особенно ядра изотопа U-235, наиболее эффективно захватывают медленные нейтроны. Вероятность захвата медленных нейтронов с последующим делением ядер в сотни раз больше, чем быстрых. Поэтому в ядерных реакторах, работающих на естественном уране, используются замедлители нейтронов для повышения коэффициента размножения нейтронов.

Основными элементами ядерного реактора являются: ядерное горючее U-235, Pu-239, замедлитель нейтронов (тяжелая или обычная вода, графит и др.), теплоноситель для вывода энергии, образующейся при работе реактора (вода, жидкий натрий и др.), регулирующие стержни (вводимые в рабочее пространство реактора стержни, содержащие кадмий или бор — вещества, которые хорошо поглощают нейтроны). Снаружи реактор окружают защитной оболочкой, задерживающей гамма-излучение и нейтроны. Оболочку делают из бетона с железным заполнителем.

По назначению реакторы делятся:

1. Исследовательские. 2. Энергетические. 3. Воспроизводящие (реакторы на быстрых нейтронах). 4. Транспортные. 5. Реакторы для промышленного получения изотопов различных химических элементов.

В реакторах на быстрых нейтронах ядерным горючим является обогащенная смесь, содержащая не менее 15 % изотопа U-235. Преимущество таких реакторов состоит в том, что при их работе ядра урана-238, поглощая нейтроны, посредством двух последовательных β – -распадов превращаются в ядра плутония, которые затем можно использовать в качестве ядерного топлива. Коэффициент воспроизводства таких реакторов достигает 1,5, т. е. на 1 кг урана-235 получается до 1,5 кг плутония. В обычных реакторах также образуется плутоний, но в гораздо меньших количествах.

Деление тяжелых ядер

Чем больше нуклонов содержит ядро, тем труднее ядерным силам сдерживать силы кулоновского отталкивания. Элементы тяжелее висмута имеют уже такой большой заряд ядра, что при малейшем внешнем воздействии ядро теряет стабильность и распадается на несколько частей.

Например, при попадании нейтрона в ядро урана, нейтрон захватывается ядром (он не испытывает кулоновского отталкивания), однако, ядро при этом получает дополнительную энергию, внутри возникают колебания и напряжения, в результате чего ядерных сил становится недостаточно, чтобы удерживать части ядра вместе, и ядро распадается на несколько осколков.

Рис. 1. Деление одного ядра урана.

Бета-распад

Несмотря на то что при реакции деления испускаются три или четыре нейтрона, осколки по-прежнему содержат больше нейтронов, чем их стабильные изобары. Это означает, что фрагменты расщепления, как правило, неустойчивы по отношению к бета-распаду.

Например, когда происходит деление ядра урана 238 U, стабильным изобаром с А = 145 является неодим 145 Nd, что означает, что фрагмент лантан 145 La распадается в три этапа, каждый раз излучая электрон и антинейтрино, пока не будет образован стабильный нуклид. Стабильным изобаром с A = 90 является цирконий 90 Zr, поэтому осколок расщепления бром 90 Br распадается в пять этапов цепи β-распада.

Эти цепи β-распада выделяют дополнительную энергию, которая почти вся уносится электронами и антинейтрино.

Ядерное оружие

Первая атомная бомба была испытана в США 16 июля 1945 г. Мощность взрыва составила 20 кт. Мощность взрыва атомной бомбы характеризуется тротиловым эквивалентом, т.е. при таком взрыве выделяется такая же энергия, как и при взрыве 20000 т тринитротолуола.

В августе 1945 года впервые атомное оружие было применено на мирных жителях, в результате чего города Хиросима и Нагасаки практически были стерты в лица земли ударными волнами. В результате преступных действий американской военщины в японских городов Хиросима и Нагасаки погибли около 100 тыс. человек, еще десятки тысяч умерли позднее от лучевой болезни. Так одно из самых замечательных открытий XX в. было использовано в атомном оружие, ставшим главным аргументом в “холодной войне” между СССР и США.

Американские правящие круги, спекулируя на временной монополии США в области ядерного оружия, пытались использовать его для устрашения свободолюбивых народов. Однако атомные “секреты” уже в 1947 были раскрыты советскими учёными во главе с академиком И. В. Курчатовым, а в августе 1949 в СССР произведён экспериментальный взрыв атомного устройства, что привело к полному краху атомного шантажа.

Первая советская атомная бомба

Стоит отметить особую заслугу в организации работ по ядерной программе Л. Берии. Как заявил И. В. Курчатов «Если бы не Берия, атомной бомбы не было».

Л. Берия

До сих пор Россия говорит на равных с ведущими державами благодаря этому человеку, на плечах которого поднялась вся ядерная программа СССР. За выдающиеся организаторские заслуги только два человека в стране были удостоены звания почетного гражданина Советского Союза – И. Курчатов и Л. Берия.

Холодная война закончилась, но ядерное оружие по-прежнему остаётся одним из главных гарантов суверенитета России. И пока мы в состоянии производить самое грозное в мире оружие, наши стратегические ресурсы под надёжной защитой.

Опорный конспект:

Что такое митоз

Первый способ деления соматической клетки — митоз. Материнская клетка разделяется на дочерние клетки, которые практически идентичны родительским с точки зрения генетической информации. Наследственная информация и количество хромосом у дочерних клеток такие же, как у родительской.

‍ Схема митоза‍

Митоз — это одна из фаз жизненного цикла клетки и механизм нормального роста тканей. Большую часть клеточного цикла занимает интерфаза, в течение которой протекает повседневная клеточная деятельность. Во время интерфазы происходит: 

• рост, 
• синтез белка и других органических веществ клетки, 
• образование новых органелл.

Во время интерфазы идёт активный синтез и накопление необходимых для деления клетки веществ. Интерфаза делится на три подфазы: 

• G1 — клетка становится больше, синтезируются белки, образуются одномембранные органоиды и рибосомы, готовясь к делению. В человеческой клетке 46 хромосом. Каждая хромосома, состоящая из одной хроматиды, напоминает неполую макаронину — она достаточно гибкая, чаще всего длина намного превышает ширину. Хроматида представляет собой 1 молекулу ДНК. 
• S — каждая хроматида копируется. Количество хромосом остаётся неизменным — 46, однако теперь каждая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид. Они соединяются в области, которая называется центромерой. В сумме в клетке получается 92 хроматиды.  
• G2 — продолжается рост клетки и синтез белков, нуклеиновых кислот. 

<<Форма демодоступа>>

После стадии G2 клетка вступает в следующую фазу деления, а именно — сам митоз. Тут есть четыре подфазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

В схемах деления гаплоидный набор хромосом обозначают буквой n, а набор молекул ДНК (то есть хроматид) —  буквой с. Перед буквами указывают число гаплоидных наборов: 1n2с — гаплоидный набор удвоенных хромосом, 2n2с — диплоидный набор одиночных хромосом, 2n4с — диплоидный набор удвоенных хромосом.

‍Пример. В клетках человека гаплоидный набор составляют 23 хромосомы. Значит, запись 2n2с означает 46 хромосом и 46 хроматид, а 2n4с — 46 хромосом и 92 хроматиды. 

Рассмотрим подробнее фазы митоза:

• Профаза (2n4с) — спирализация хромосом, уменьшение их функциональной активности; репликация практически не идёт; разрушение оболочки ядра; образование веретена деления.
• Метафаза (2n4с) — прикрепление хромосом к нитям веретена деления; спирализация хромосом достигает максимума; хромосомы утрачивают свою функциональную активность, образуют экваториальную (метафазную) пластинку. 
• Анафаза (4n4c) — деление центромер; расхождение по нитям веретена сестринских хромосом. Анафаза заканчивается, когда центромеры достигают полюсов клетки.
• Телофаза (2n2c) — деспирализация хромосом; образование ядерной оболочки; деление цитоплазмы; между дочерними клетками на экваторе образуется перетяжка. В растительных и грибных клетках в этом месте начинает закладываться клеточная стенка. 

Многие клетки вступают в фазу G0 после митоза и находятся в ней всю жизнь до гибели. Обычно это высокоспециализированные клетки, которые не могут совмещать эффективное выполнение своих функций и размножение. Например, в фазе G0 находится большинство нейронов головного мозга. 

Биологическое значение митоза — образование генетически одинаковых дочерних клеток с тем же набором хромосом, что был у материнской клетки. Сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений. 

‍Как происходит митоз‍

Потенциальный барьер

В деформированном состоянии на ядро действуют две силы. Одна из них – возросшая поверхностная энергия (поверхностное натяжение капли жидкости объясняет ее сферическую форму), а другая – кулоновское отталкивание между осколками деления. Вместе они производят потенциальный барьер.

Как и в случае альфа-распада, чтобы произошло спонтанное деление ядра атома урана, фрагменты должны преодолеть этот барьер с помощью квантового туннелирования. Величина барьера составляет около 6 МэВ, как и в случае с альфа-распадом, но вероятность туннелирования α-частицы значительно больше, чем гораздо более тяжелого продукта расщепления атома.