Деление ядер

Как видно уже из самого названия, деление — это не испускание ядром какой-то маленькой группы частиц, как это было в предыдущих случаях, а «развал» ядра почти на равные части. Делиться могут только очень тяжелые ядра, в состав которых входит более 250 частиц. Это само уже дает ключ к пониманию процесса. Мы знаем теперь, что ядерные силы чувствуются только на очень малых расстояниях, знаем о насыщении, и нам нетрудно представить себе, что произойдет в ядрах, в которых частиц такое огромное количество. Различные части ядер при этом должны жить почти совершенно автономно. Расположенные на противоположных краях, частицы практически почти не связаны. Стоит только немного «встряхнуть» такое ядро — и оно разваливается пополам. Так от малейшего толчка, даже просто под действием собственного веса разваливается кусок глины, так разбивается пополам, даже от легкого сотрясения, большая капля ртути. (Заметьте, что маленькие капли, маленький комочек глины гораздо прочнее.) Это, во всяком случае с качественной стороны, кажется таким простым и наглядным, что можно было бы и закончить рассказ о делении, если бы не одно очень существенное обстоятельство. Взглянув на таблицу ядер (а ею фактически может быть менделеевская таблица), мы сразу же обнаружим, что масса ядер растет от элемента к элементу быстрее, чем заряд. Другими словами, количество протонов в ядрах увеличивается медленнее, чем число нейтронов.

Совсем нетрудно понять причину этого. У электрических сил отталкивания отсутствует насыщение, каждый протон взаимодействует со всеми остальными, сколько бы их ни было (здесь сказывается и то, что кулоновские силы чувствуются и на больших расстояниях). По мере возрастания числа протонов силы отталкивания становятся все более значительными. Скомпенсироваться они могут только за счет появления в ядре все большего и большего количества нейтронов, не чувствующих электрического отталкивания и в то же время вносящих свою долю в ядерное притяжение. Чтобы это притяжение могло расти быстрее электрического отталкивания, прослойка нейтронов должна становиться от ядра к ядру все значительнее. Ведь каждый протон (насыщение ядерных сил!) притягивается отнюдь не всеми, а только ближайшими к нему частицами. Естественно поэтому, что по мере увеличения числа частиц в ядре удельный вес нейтронов должен непрерывно возрастать.

А теперь представьте себе, что произошло деление какого-то тяжелого ядра. Например, ядра изотопа урана-239 с 92 протонами и 147 нейтронами. Будем, простоты ради, считать, что это ядро разделилось примерно пополам. Тогда в каждом из осколков должно быть по 46 протонов и 73—74 нейтрона. Количество протонов, а значит и заряд ядра (в электронных единицах), совпадает с номером элемента в менделеевской периодической системе. Следовательно, осколки являются ядрами палладия. Но самый устойчивый изотоп палладия имеет в ядре 61 нейтрон. Куда же денутся лишние 12—13 нейтронов, приходящиеся на каждый из осколков? Конечно, они могут за счет (З-распада превратиться в протоны. Однако, поскольку деление происходит очень быстро, успевает произойти нечто еще более простое (конечно, простое только по внешности). Часть лишних нейтронов просто выбрасывается, становится свободной. Это-то высвобождение нейтронов позволяет существовать тому, что известно под названием цепной реакции. Действительно, если собрать вместе некоторое количество делящихся ядер, то рано или поздно под действием каких-либо внешних факторов, а порой и самопроизвольно одно из них распадается на осколки. Вылетающие при этом нейтроны беспрепятственно (ведь они не испытывают электрического отталкивания) влетают в соседние ядра и вызывают их незначительную, но все же достаточную, чтобы они в свою очередь разделились, встряску. Новые деления вызывают поток новых нейтронов, и процесс лавиной нарастает, очень быстро, как огонь солому, охватывая все делящиеся ядра *).

1 2