Л.И. Баюров
Курс лекций по сельскохозяйственной радиологии
Учебное пособие. – Краснодар: КубГАУ, 2009. – 112 с.

Лекция 3. Ядерные превращения

3. Ядерная реакция и ее сущность

В 1919 г. Эрнест Резерфорд впервые искусственным путем превратил один элемент в другой. Для этого он облучил атомы N¹⁴ α-лучами одного из изотопов полония. В результате этого образовались один из изотопов кислорода и ядро водорода (протон):

₇N¹⁴ + ₂He⁴ → ₈O¹⁷  + ₁H¹

Эта реакция сопровождалась поглощением энергии, поскольку масса ее продуктов – кислорода и катиона водорода – несколько превышала массу компонентов, вступавших в реакцию.

В том же году в лаборатории Резерфорда была осуществлена другая ядерная реакция:

₄Be⁹ + ₂He⁴ → ₆C¹² + ₀n¹

Это привело к открытию нейтрона и последующему изучению его свойств (Дж.Чедвик, 1932-1935 г.г.). Физики всего мира занялись изучением свойств этой частицы. Предполагалось, что лишенный электрического заряда и не отталкиваемый положительно заряженным ядром, нейтрон будет с большей вероятностью вызывать ядерные реакции.

Более поздние результаты подтвердили эту гипотезу. В Риме Э.Ферми с сотрудниками подвергли облучению нейтронами почти все элементы периодической системы и наблюдали ядерные реакции с образованием новых изотопов. Доказательством образования новых изотопов служила их искусственная радиоактивность в форме γ- и β-излучений.

Процесс получения радиоактивного изотопа из стабильного был назван ядерной реакцией. Ее сущность состоит в следующем: ядра стабильных атомов при их бомбардировке элементарными частицами, сливаясь с ними, получают дополнительную энергию. В результате этого они переходят в возбужденное состояние, а их возвращение в стабильное состояние происходит за счет образования ионизирующих излучений различного вида.

Большой вклад в изучение ядерной реакции внес немецкий физик и радиохимик Отто Ган (Нобелевская премия по химии, 1944). Он впервые обнаружил явление ядерной изомерии у естественных радиоактивных элементов и применил радиоактивные методы для определения возраста геологических пород, процессов образования кристаллов и др.

В 1938 г. он совместно с немецким ученым Фритцем Штрассманом открыл деление ядер урана под действием нейтронов. Это открытие явилось первым шагом к использованию ядерной энергии.

В дальнейшем большой вклад в изучение механизма ядерных реакций внес выдающийся советский физик Георгий Николаевич Флёров, который в 1940 г. совместно с Л.И. Русиновым установил, что при делении ядра урана испускается более двух нейтронов, а совместно с К.А. Петржаком открыл спонтанное деление тяжёлых ядер.

В ядерном реакторе 1 г делящегося урана дает примерно один мегаватт тепловой энергии. Впервые управляемая ядерная реакция была осуществлена в США в 1942 г. в рамках проекта «Манхэттен» при создании атомного оружия. В работе над американской атомной бомбой принимали участие наиболее известные ученые мира, в том числе и знаменитый создатель теории относительности и один из создателей квантовой теории и статистической физики выдающийся немецкий ученый Альберт Эйнштейн (Нобелевская премия по физике, 1921).

В СССР управляемая ядерная реакция впервые была осуществлена в 1946 году под руководством Игоря Васильевича Курчатова.