Свойства тяжелых ядер во многом аналогичны свойствам капли жидкости. Ядерные силы стремятся придать ядру сферическую форму. Аналогом ядерных сил являются молекулярные силы в жидкости, которые тоже являются короткодействующими.
Разрыв капли жидкости претерпевает несколько фаз. (Рис. 3.2.1.)
Разрыв капли жидкости
Рис. 3.2.1.
Аналогичное можно представлять себе и деление ядра. Деление происходит в результате поглощения нейтрона и приобретении энергии возбуждения.
Eвозб = E + Eсвязи
Некоторое значение Евозб окажется достаточным (Евозб > Екр), кулоновские силы расталкивания становятся преобладающими, и тогда разрыв ядра неизбежен.
Изобразим на графике 3.2.2. потенциальную энергию взаимодействия осколков деления как функцию расстояния между ними.
Потенциальная энергия взаимодействия осколков деления
| Е |
| А |
| Екр |
| Екин. осколков |
| С |
| a |
| b |
| r |
Рис. 3.2.2.
Точка А соответствует основному состоянию ядра. Чтобы произошел распад ядра, необходимо ядру возбудится до энергии Евозб = Екр Точка С отвечает фазе С разрыва. И если произошел распад, то на участке, лежащем справа от точки С, происходит разгон осколков до энергии Екин Приобретаемая осколками кинетическая энергия и является основной энергией, используемой в ядерных реакциях.
Если реактор ещё ни разу не работал, необходимо иметь первоначально некоторое количество нейтронов, эти нейтроны берутся за счёт собственного самопроизвольного распада. Значит, запуск реактора можно производить и без нейтронного источника. U239 и другие промежуточные ядра имеют критическую энергию деления ~ 6,5 МэВ, а энергия связи 6,8 МэВ, таким образом Есв. > Екр. Следовательно, любой нейтрон (с любой энергией) вызовет распад ядра. Для U239 Екр ~ 7 МэВ, Есв ~ 5,6 МэВ. Здесь нейтрон должен иметь кинетическую энергию порядка энергии порога ~ 1,4 МэВ (=7 – 5,5), чтобы вызвать деление.