Ядровий реакциялар ва уларнинг асосий ыонуниятлари. Ядроларнинг бщлиниш реакциялари. Занжир реакция. Ядровий реактор

Ядровий реакцияларни тажрибаларда щрганиш туфайли реакцияларда саыланиш ыонунларининг бажарилиши аниыланди:
1. Ядровий реакцияга киришувчи зарраларнинг умумий заряди реакцияда вужудга келган зарраларнинг умумий зарядига тенг.
2. Ядровий реакцияга киришаётган зарралардаги нуклонларнинг тулиы сони реакциядан кейин ъам саыланади, яoни реакцияда ъосил бщлган зарралар нуклонларининг тщлиы сонига тенг бщлади. Бу икки ыонуннинг бажарилишини ыуйидаги жадвалда келтирилган ядровий реакциялар мисолида текшириб кщриш мумкин.
3. Ядровий реакцияларда массанинг саыланиш ыонуни (ва энергиянинг саыланиш ыонуни ъам) бажарилади. Бу икки ыонунни биргаликда баён ыилмоычилигимизнинг сабаби масса ва энергия щзаро W = тс² муносабат билан боьланганлигидадир. Ядровий реакцияни (18.1) белгиланишига амал ыилайлик. У ъолда ядровий реакцияга киришаётган зарраларнинг тинчликдаги массаларини m_A ва m_a деб, реакцияда вужудга келган зарраларникини эса m_В ва m_b деб белгилаймиз. Уларнинг кинетик энергияларини мос равишда Т_A , Т_a, Т_B, Т_b деб белгилайлик. Натижада реакцияга киришаётган зарралар тщлиы энергияларининг йиьиндиси реакцияда вужудга келган зарралар тщлиы энергияларининг йиьиндисига тенглигини ыуйидагича ифодалаймиз:
m_Ас²+T_А+ m_ас²+T_а= m_Вс²+T_В+ m_bс²+T_b
Мос ъадларни группаласак, бу ифода ыуйидаги
[(m_A+ m_a) - (m_B+ m_b)]c²=(T_a+ T_b) - (T_A+ T_a)
кщринишга келади. Бу тенгликнинг щнг томони реакция натижасида вужудга келадиган энергия щзгаришини ифодалайди. Ядровий реакцияда ажралиб чиыадиган ёки ютиладиган энергияни реакция энергияси деб аталади ва одатда, Q ъарфи билан белгиланади. У ъолда
Q = [(m_А + т_а)-(т_В + m_в)] с² = (Т_В + Т_в) - (Т_А +Т_а).
Агар Q > 0 бщлса, зарралар тинчликдаги массасининг камаюви ъисобига зарралар кинетик энергиясининг ортиши кузатилади. Бу ъолда экзоэнергетик, реакция амалга ошаётган бщлади. Экзоэнергетик реакция (Т_А + Т_а) нинг ъар ыандай ыийматида ъам амалга ошади. Фаыат зарра зарядли бщлган ъолда унинг энергияси ядро электр майдонининг ыаршилигини (одатда, уни кулон тщсиьи дейилади) енгишга етарли бщлиши керак, албатта.
Агар Q < 0 бщлса, эндоэнергетик реакция содир булади. Бунда зарралар кинетик энергиясининг камаюви ъисобига уларнинг тинчликдаги массалари ортади. Шунинг учун реакцияга киришаётган зарралар кинетик энергиялари етарлича катта бщлиши, яoни (Т_А + Т_а) = |Q| + (Т_B + Т_b) шарт бажарилиши керак.


Энди ядровий щзаро таoсир эътимоллигини характерлаш учун ыщлланиладиган эффектив кесим тушунчаси билан танишайлик. Бунинг учун ыуйидаги хаёлий тажриба устида мулоъаза юритайлик. Нишон сифатида ыщлланилаётган бир жинсли жисм таркибидаги ядролар концентрацияси, яoни бирлик ъажмдаги ядролар сони п бщлсин. Нишоннинг ыалинлиги  шундай бщлсинки, (18.1-расм), ундаги ядролар бир-бирини тщсмасин. Бу нишонга тушаётган зарраларнинг зичлиги (яoни нишоннинг бирлик юзидан бирлик ваытда щтадиган зарралар сони) N бщлсин. Бу зарраларнинг ъаммаси ъам нишондаги ядролар билан тщынашмайди, албатта. Чунки тщынашиш содир бщлиши учун зарра нишондан учиб щтаётганда унинг йщлида ядро мавжуд бщлиши керак. Агар ядрони радиуси r_я бщлган шарча деб тасаввур ыилсак, унинг кщндаланг кесими r²_я юзли доира бщлади. Нишоннинг бирлик юзига мос келган ъажмдаги ядролар сони п  га, бу ядролар кесимларининг умумий юзи эса  п  га тенг бщлади. Бу юзнинг ыиймати канчалик катта бщлса, нишонга тушаётган заррани ядродан бирортаси билан тщынашишининг эътимоллиги шунчалик катта бщлади. У ъолда нишондаги ядролар билан тщынашадиган зарралар сони
N = N п 
ифода билан аниыланади. Агар N = 1 (яoни нишоннинг бирлик юзига бирлик ваытда битта зарра тушмоыда) ва п  = 1 (яoни нишоннинг бирлик юзига мос келувчи ъажмда биттагина ядро мавжуд) бщлса, N =  бщлиб ыолади. Демак, юзи бир бирликка тенг нишон ъажмида биттагина ядро мавжуд бщлган ъолда бу нишонга бирлик ваытда битта зарра тушадиган бщлса, унинг ядро билан тщынашиш эътимоллиги миыдоран ядронинг кщндаланг кесим юзига тенг экан. Лекин зарра ядро билан тщынашганда ъамма ваыт ъам биз ыизиыаётган ядровий реакция содир бщлавермайди. Умуман, ядровий реакцияни содир бщлиш эътимоллиги зарра ва нишоннинг параметрларига, айниыса, зарранинг энергиясига боьлик. Бундан ташыари ядровий реакцияни ыаттик зарра билан сферик шаклдаги ыаттиы ядронинг тщынашиши каби тасаввур ыилиш ъам ъаыиыатга унчалик мос келмайди. Натижада ядровий реакцияни содир бщлиш эътимоллиги заррани ядро билан тщынашиш эътимоллигидан миыдоран фары ыилади. Бошыача ыилиб айтганда, бирор ядровий реакцияни содир бщлиш эътимоллиги аслида  га эмас, балки ундан фарыланувчи  ыийматга эга бщлади. Бу ыиймат ядронинг кщндаланг кесимига эмас, балки ыандайдир эффектив кесимга мос келади. Шунинг учун ядровий реакциянинг содир бщлиш эътимоллигини эффектив кесим орыали характерлаш одат бщлган. Эффектив кесим м² ларда щлчанади.
1932 йилда Д.Чедвик -зарралар таoсирида вужудга келадиган «бериллий нурланиши» массаси протон массасига яыин бщлган электронейтрал зарралардан иборат, деган фикрни илгари сурди. Бу фикрга асосланиб Чедвик мавжуд тажриба натижаларини миыдорий жихатдан ъам изоълаб берди. Нейтронлар деб номланган зарралар шу тарзда кашф этилди. Шундай ыилиб, нейтронлар кузатилган биринчи ядровий реакцияни
Ве⁹ + Не⁴С¹²+n
шаклда ёзамиз. Бу реакциядан ъанузгача нейтронларнинг ихчамгина манбаи сифатида фойдаланилади. Бундай манбаларни бериллий металлига  - нурланиш чиыарадиган препарат аралаштириб ъосил ыилинади. Масалан, 1г радийга бир неча грамм бериллий аралаштирилса, секундига тахминан 10⁷ нейтрон чиыарадиган манба ъосил бщлади. 1 г полоний аралаштирилган (Ро - Be) манбадан секундига чиыариладиган нейтронлар сони 3 ^. 10⁶ га етади. Бу иккала манба чиыарадиган нейтронлар энергияси кенг интервалдаги ыийматларга эга. Агар моноэнергетик нейтронлар лозим бщлса, бошыа реакциялардан фойдаланилади. Масалан, Bi²¹⁴ нинг 1,78 МэВ энергияли -квантлари таoсирида
Be⁹+2He⁴+n
реакция туфайли энергияси ~ 110 кэВ бщлган моноэнергетик нейтронлар ъосил бщлади. Эркин ъолатдаги (яoни, ядро таркибига кирмаган) нейтрон -радиоактив емирилишга мойил. Унинг ярим емирилиш даври~ 12 минут. Емирилиш ыуйидаги

схема бщйича содир бщлади.
Нейтронлар бирор мухитдан щтаётганда, мухит атом ва молекулаларининг электрон ыобиклари билан деярли таoсирлашмайди. Сабаби — нейтронларнинг электр зарядга эга эмаслигидир. Нейтронлар фаыатгина муъит атомларининг ядролари билан таoсирлашади, холос. Бу таoсирлашув нейтроннинг тезлигига (яoни, энергиясига) боьлиы. Нейтронларнинг тезлиги бщйича шартли равишда тез ва секин нейтронларга ажратилади:
1) де-Бройлp тщлыин узунликлари (=h/m_n) ядро радиуси r дан кичик булган нейтронлар [бунга (0,1 4 50) МэВ энергиялар мос келади] тез нейтронлар деб аталади;
2) нейтронларнинг де-Бройлp тщлкин узунликлари ядро радиусидан катта бщлгак ъолларда (бунга 0,1 МэВ дан кичик энергиялар мос келади) уларни секин нейтронлар деб номланади.