post

Ядрени реакции

плакат на междузвездни войни

Ядрени реакции се наричат процесите, които произтичат като резултат от взаимодействието на атомното ядро с частици изстреляни по него. Когато частиците притежават достатъчно висока енергия, те предизвикват изкуствена радиоактивност, която може да доведе до разпадане на ядрото.

Разликата между ядрени реакции и химични реакции

  1. При химичните реакции измененията засягат само атомната обвивка. При всички ядрени реакции се изменя ядрото на атома, както и неговата физична и химична природа. Един атом може да се превърне в друг при ядрена реакция, което е невъзможно при нито една химична реакция.
  2. Енергията, която се поглъща или отделя при химичните реакции е многократно по-малко от тази при ядрените реакции.
  3. В случай, че при някои ядрени реакции не се получи атом на друг химичен елемент, а нестабилен изотоп на същия, тогава ядрото става радиоактивно, което впоследствие отново може да доведе до разпад или излъчване на гама радиация. При химична реакция никога не се формират нестабилни радиоактивни ядра.

Видове ядрени реакции

Съществуват два основни вида ядрени реакции според вида на частиците, с които се бомбардират ядрата и резултатите получени в следствие на това. Обстрелът може да е със заредени или незаредени частици, а получените ядра могат да са стабилни или нестабилни.

Ядрени реакции причинени от заредени частици

Обстрелването с алфа частици и многозарядни йони, които са относително тежки и имат голям положителен заряд, създава значителни сили на електростатично отблъскване между тях и ядрото. Тъй като обикновено енергията на частиците е недостатъчна за преодоляване на отблъскването и проникване, те трябва да се ускорят със специално конструирани за целта ускорители.

ядрени реакции

ядрени реакции с алфа частици

Пръв Ърнест Ръдърфорд използва този тип ядрена реакция. Той обстрелва атоми азот с α-частици, при което се образуват кислородни атоми и протони. Реакцията се отличава с поглъщане на един вид частица и отделяне на друг. Подобна ядрена реакция може да се индуцира и при фосфорен атом, но там се отделя неутрон и се формира хлорен атом.

42He (α-частици) + 147N → 178O + p+

42He + 3115P → 3417Cl + n0

По-подходящи частици за обстрел на ядрото са протоните, защото те имат по-малък положителен заряд, което води до далеч по-малко отблъскване от ядрото. Ядрени реакции протичащи със сливане на леки ядра представляват процес на ядрен синтез. Поглъщането на протон води до образуването на атом на друг химичен елемент, а излишната енергия се отделя под формата на гама радиация (γ-кванти).

11H (протон, p+) + 115B → 126C + γ

Ако енергията на бомбардиращите протони е твърде голяма, същата ядрена реакция на сливане може да премине към ядрен разпад. При него излишната енергия се отделя под формата на частици носители (протони, неутрони или алфа частици):

11H + 115B → 42He + 42He + 42He

Ядрени реакции причинени от частици без заряд

Тъй като неутроните нямат заряд, обстрелването с тях на атомни ядра не е обременено от отблъскващите взаимоотношения, които възникват между заредените частици. Затова дори бавен неутрон с ниска енергия може да проникне в ядрото.

Когато неутроните са бързи, те предизвикват ядрени реакции съпроводени с отделянето на протони, неутрони или алфа частици. Когато неутроните са бавни, при срещата си с леко ядро се сливат и се получава по-тежък изотоп на същия химичен елемент:

n0 (неутрон) + 1Н → 2H (деутрон)

Ако при обстрел с бавни неутрони се създаде тежко ядро, то може да претърпи бета електронен разпад и да се образува атом с един протон повече. Пример за това е бомбардирането на уран-238, при което се получава нептуний-239.

n0  + 238U → 239Np + e

Създаването на радиоактивни нуклиди на тежките ядра има практическо приложение. Например кобалт-60 и злато-198 се използват в медицината за убиване на ракови клетки.

n0 + 59Co → 60Co + γ

Съществуват обаче и ядрени реакции, които довеждат до цялостен ядрен разпад в резултат от бомбардирането с неутрони. Такъв е примерът с обстрел на уран-235 с неутрони, който се разпада на два различни химични елемента. Като резултат от това се отделя огромно количество енергия и най-вече още неутрони, които да продължат реакцията. Благодарение на тези ядрени реакции съществуват атомната бомба и атомните електроцентрали.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *