Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 22 стр.

                                 22                                                                                      55
      Состояние Е 2 , E 3 ,… соответствуют возбужденному атому.         осколков приходится примерно 165 МэВ, остальную энергию уносят
                                                                        γ-кванты. Выход энергии при делении всех ядер 1 кг урана составляет
Время жизни в этих состояниях имеет порядок Δt ≈ 10 − 10 c . За
                                                       −8     −9
                                                                        80 тысяч миллиардов джоулей. Это в несколько миллионов раз боль-
это время электрон успевает совершить около 100 млн. оборотов во-
                                                                        ше, чем энергия, которая выделяется при сжигании 1 кг каменного
круг ядра.
                                                                        угля или нефти.
     Придавая n различные целочисленные значения, получим для
                                                                              Деление ядер сопровождается испусканием двух-трех вторич-
атома водорода, согласно формуле (9.9), возможные уровни энергии.
                                                                        ных нейтронов, называемых нейтронами деления. В среднем на один
Энергия атома водорода с увеличением п возрастает и энергетические
                                                                        акт деления приходится 2,5 нейтронов. Среди нейтронов деления
уровни сближаются к границе, соответствующей значению п=∞. Атом         имеются мгновенные (возникшие через 10-14 с) и запаздывающие ней-
водорода обладает, таким образом, минимальной энергией (Е1=–13,55       троны. Образовавшиеся осколки деления перегружены нейтронами, в
эВ) при n=1 и максимальной (Е∞=0) при п=∞. Следовательно, значе-        результате чего они и выделяют нейтроны деления. Однако испуска-
ние Е∞=0 соответствует ионизации атома (отрыву от него электрона).      ние нейтронов деления не устраняет полностью перегрузку ядер-
Согласно второму постулату Бора, при переходе атома водорода из         осколков нейтронами. Это приводит к тому, что осколки также могут
стационарного состояния n в стационарное состояние т с меньшей          претерпеть ряд β––превращений, сопровождаемых испусканием γ-
энергией испускается квант:                                             квантов, после которых образуется стабильный изотоп. Например, при
                                      1        me 4 ⎛ 1   1 ⎞           делении ядра урана 235
                hv = E n − E m = −           ⋅      ⎜ 2 − 2 ⎟,                              92 U :
                                   (4πε o ) 2h ⎝ n
                                           2     2
                                                         m ⎠                                   U + 01n→139
                                                                                                        54 Xe + 38 Sr + 2 0 n
                                                                                             235                95        1
                                                                                              92                                                  (24.1)
откуда частота излучения:                                                                                                                     –
                                                                        осколок деления        139
                                                                                                54   Xe в результате трех актов β –распада превраща-
                  me 4
                                                                                                                         139
                            ⎛ 1   1 ⎞    ⎛ 1   1 ⎞                      ется в стабильный изотоп лантана                       La :
          v=                ⎜ 2 − 2 ⎟ =R ⎜ 2 − 2 ⎟ ,          (9.10)                                                      57

             (4πε o ) 4πh c ⎝ n
                     2   3
                                 m ⎠     ⎝n   m ⎠                                                             β−              β−         β−
                                                                                                         Xe→ Сs → Ba →139
                                                                                                        139
                                                                                                         54
                                                                                                                   139
                                                                                                                    55
                                                                                                                                   139
                                                                                                                                  57 La .
                                                                                                                                    56

               me 4                                                            Осколки деления могут быть разнообразными, поэтому реакция
где R =                      .                                          (24.1) не единственная приводящая к делению урана 235             92 U . Возможны,
         ( 4πε o ) 2 4πh 3 c
                                                                        например, реакции:
     Воспользовавшись при вычислении R современными значениями
                                                                                92 U + 0 n → 56 Ba + 36 Kr + 3 0 n или 92 U + 0 n → 56 Cs + 57 Rb + 2 0 n
                                                                               235     1    139      94        1       235    1      140    94        1
универсальных постоянных, получим величину, совпадающую с экс-
                                                                                                                                                           232
периментальным значением постоянной Ридберга в эмпирических                    Кроме урана под действием нейтронов делятся атомы                             Th ,
                                                                                                                                                            90

                                           me 4                   1     протактиния    232
                                                                                             Pa , плутоний     244
                                                                                                                     Pu . Причем ядра урана         235
                                                                                                                                                      U , плуто-
формулах для атома водорода: R =                     = 1,09 ⋅ 10 7 .                    94                      94                                   92
                                      (4πε o ) 4πh c
                                              2   3
                                                                  м     ния  239
                                                                               Pu делятся под действием нейтронов с любой энергией, но
                                                                              94
Это совпадение доказывает правильность полученной Бором формулы         особенно хорошо под действием медленных (или тепловых) нейтро-
для энергетических уровней водородоподобной системы.                    нов, энергия которых порядка 1МэВ. Ядра же 238 92 U делятся только
     Подставляя, например, в формулу (9.10) т=1 и п=2, 3, 4, ..., по-
                                                                        быстрыми нейтронами, энергия которых может иметь значения от
лучим группу линий, образующих серию Лаймана и соответствующих
                                                                        нескольких МэВ до 50 МэВ.
переходам электронов с возбужденных уровней (п=2, 3, 4, ...) на ос-
                                                                              В основу теории деления атомных ядер (Н.Бор, Я.И.Френкель)
новной (т=1). Аналогично, при подстановке т=2, 3, 4, 5, 10 и соот-
                                                                        положена капельная модель ядра. Ядро рассматривается как капля
ветствующих им значений n получим серии Бальмера, Пашена, Брэке-
                                                                        электрически заряженной несжимаемой жидкости, частицы которой
та, Пфунда и Хэмфри (часть из них схематически представлена на
                                                                        при попадании нейтрона в ядро приходят в колебательное движение, в
рис.9.1.). Следовательно, по теории Бора, количественно объяснившей