Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ЯД)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 10 страниц)
Для управления Я. р. служит система управления и защиты (СУЗ). Органы СУЗ делятся на: аварийные, уменьшающие реактивность (вводящие в Я. р. отрицательную реактивность) при появлении аварийных сигналов; автоматические регуляторы, поддерживающие постоянным нейтронный поток Ф (а значит – и мощность); компенсирующие (компенсация отравления, выгорания, температурных эффектов). В большинстве случаев это стержни, вводимые в активную зону Я. р. (сверху или снизу) из веществ, сильно поглощающих нейтроны (Cd, В и др.). Их движение управляется механизмами, срабатывающими по сигналу приборов, чувствительных к величине нейтронного потока. Для компенсации выгорания могут использоваться выгорающие поглотители, эффективность которых убывает при захвате ими нейтронов (Cd, В, редкоземельные элементы ), или растворы поглощающего вещества в замедлителе. Стабильности работы Я. р. способствует отрицательный температурный коэффициент реактивности (с ростом температуры r уменьшается). Если этот коэффициент положителен, то работа органов СУЗ существенно усложняется.
Я. р. оснащается системой приборов, информирующих оператора о состоянии Я. р.: о потоке нейтронов в разных точках активной зоны, расходе и температуре теплоносителя, уровне ионизирующего излучения в различных частях Я. р. и в вспомогательных помещениях, о положении органов СУЗ и др. Информация, получаемая с этих приборов, поступает в ЭВМ, которая может либо выдавать её оператору в обработанном виде (функции учёта), либо на основании математической обработки этой информации выдавать рекомендации оператору о необходимых изменениях в режиме работы Я. р. (машина-советчик), либо, наконец, осуществлять управление Я. р. в определённых пределах без участия оператора (управляющая машина).
Классификация Я. р. По назначению и мощности Я. р. делятся на несколько групп: 1) экспериментальный реактор (критическая сборка), предназначенный для изучения различных физических величин, значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации Я. р.; мощность таких Я. р. не превышает несколько квт' , 2) исследовательские реакторы, в которых потоки нейтронов и g-квантов, генерируемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в т. ч. деталей Я. р.), для производства изотопов. Мощность исследовательского Я. р. не превосходит 100 Мвт; выделяющаяся энергия, как правило, не используется. К исследовательским Я. р. относится импульсный реактор' , 3) изотопные Я. р., в которых потоки нейтронов используются для получения изотопов, в том числе Pu и 3 H для военных целей (см. Ядерное оружие ); 4) энергетические Я. р., в которых энергия, выделяющаяся при делении ядер, используется для выработки электроэнергии, теплофикации, опреснения морской воды, в силовых установках на кораблях и т. д. Мощность (тепловая) современного энергетического Я. р. достигает 3—5 Гвт (см. Ядерная энергетика . Атомная электростанция ).
Я. р. могут различаться также по виду ядерного топлива (естественный уран, слабо обогащенный, чистый делящийся изотоп), по его химическому составу (металлический U, UO2 , UC и т. д.), по виду теплоносителя (H2 O, газ, D2 O, органические жидкости, расплавленный металл), по роду замедлителя (С, H2 O, D2 O, Be, BeO, гидриды металлов, без замедлителя). Наиболее распространены гетерогенные Я. р. на тепловых нейтронах с замедлителями – H2 О, С, D2 О и теплоносителями – H2 O, газ, D2 O. В ближайшие десятилетия будут интенсивно развиваться быстрые реакторы. В них «сжигается» 238 U, что позволяет лучше использовать ядерное топливо (в десятки раз) по сравнению с тепловыми Я. р. Это существенно увеличивает ресурсы ядерной энергетики.
Лит.: Вейнберг А., Вигнер Е., Физическая теория ядерных реакторов, пер. с англ., М., 1961; Крамеров А. Я., Шевелёв Я. В., Инженерные расчёты ядерных реакторов, М., 1964; Бать Г. А., Коченов А. С., Кабанов Л. Г., Исследовательские ядерные реакторы, М., 1972; Белл Д., Глесстон С., Теория ядерных реакторов, пер. с англ., М., 1974; Гончаров В. В., 30-летие первого советского ядерного реактора, «Атомная энергия», 1977, т, 42, в. 2.
А. Д. Галанин.
Рис. 1. Продольный разрез реактора Института атомной энергии имени И. В. Курчатова: 1 – активная зона; 2 – загрузочное устройство; 3 – вода-теплоноситель; 4 – радиационная защита; 5 – приводы системы дистанционного управления; 6 – напорный и всасывающий трубопроводы.
Рис. 2. Сборка гетерогенного реактора
Схема образования трансурановых элементов в ядерном реакторе.
Ядерный фотоэффект
Я'дерный фотоэффе'кт, то же, что фотоядерные реакции .
Ядовитые животные
Ядови'тые живо'тные, содержат в организме постоянно или периодически вещества, токсичные для особей других видов. Введённый даже в малых дозах в организм другого животного яд вызывает болезненные расстройства, а иногда – смерть. Всего существует около 5 тыс. видов Я. ж.: простейших – около 20, кишечнополостных – около 100, червей – около 70, членистоногих – около 4 тыс., моллюсков – около 90, иглокожих – около 25, рыб – около 500, земноводных – около 40, пресмыкающихся – около 100, млекопитающих – 1 вид. В СССР – около 1500 видов. Из Я. ж. наиболее изучены змеи, скорпионы, пауки, жуки-нарывники и некоторые др.; наименее – земноводные, рыбы, моллюски и кишечнополостные. Одни из Я. ж. имеют особые железы, вырабатывающие яд, другие содержат токсические вещества в тех или иных тканях тела. У части животных имеется ранящий аппарат (так называемые вооружённые Я. ж.), способствующий введению яда в тело врага или жертвы. У простейших (например, инфузорий) это трихоцисты, у кишечнополостных (гидры, актинии, медузы) – стрекательные клетки, у «жгучих» гусениц – на теле одноклеточные кожные железы с колющими хрупкими волосками, у ряда членистоногих (скорпионов, пчёл, ос) – многоклеточные кожные железы, связанные с жалом, а у рыб – такие же железы, соединённые с шипами на плавниках (например, скорпеновые) и жаберных крышках (морские дракончики). У многих животных (многоножки, пауки, некоторые двукрылые, клопы, а также змеи) ядовитые железы связаны с ротовыми органами, и яд вводится в тело жертвы при укусе или уколе. Вооружённым Я. ж. яд служит для защиты и для нападения. У Я. ж., имеющих ядовитые железы, но не имеющих специального аппарата для введения яда в тело жертвы, например у земноводных (саламандр, тритонов, жаб и др.), железы расположены в различных участках кожи; при раздражении животного яд выделяется на поверхность кожи и действует на слизистые оболочки хищника. У Я. ж., не имеющих специальных ядовитых желёз, ядовитость вызвана свойствами тех или иных тканей. Она оказывает влияние только при поедании этих животных другими. Ядовиты могут быть половые железы (у некоторых жуков и кольчатых червей), а также икра ряда рыб (усачей, маринок), сыворотка крови (например, угря, мурены, скатов). Многие внутренние паразиты животных также являются Я. ж. Например, паразитические круглые черви анкилостомиды выделяют токсические вещества, растворяющие эритроциты.
Яд при поступлении в организм прежде всего оказывает местное действие, а по мере всасывания сказывается и общее его влияние на организм. В одних случаях местное действие очень сильное, а общее – слабое (ужаливание пчелы), в других – наоборот (укус кобры). Местное действие проявляется в отёке в области укуса, сильной боли, образовании пузырей, разрушении ткани (некроз) и пр. Общее действие обычно сказывается на нервной системе, сердечно-сосудистой и др. и проявляется в параличе сердца, дыхательного центра, в воспалении почек, свёртывании крови и пр., что иногда приводит к смертельному исходу. Например, укус самки каракурта вызывает тяжёлую, местную и общую реакции; последняя проявляется в возбуждении, судорогах, частичном параличе и иногда кончается гибелью пострадавшего. Действие некоторых ядов буквально молниеносно.
Так, у гусеницы сразу наступает паралич, как только жало ядовитой осы аммофилы проколет узел нервной цепочки; мышь погибает через 3—4 сек после укуса гюрзы. Сила действия яда зависит от его природы, дозы, а также от пути его поступления в организм; яд, попавший в кровь, обычно действует гораздо быстрее, чем при попадании в ткани, бедные кровеносными сосудами (всасывание яда при этом происходит очень медленно). Чувствительность разных животных к одному и тому же яду различна (одно и то же количество яда гремучей змеи смертельно для 24 собак, 60 лошадей, 600 кроликов, 800 крыс, 2000 мор. свинок, 300000 голубей). Степень отравления зависит также от величины тела животного и его возраста. Некоторые животные малочувствительны к тем или иным ядам, например свиньи – к яду гремучей змеи, ежи – к яду гадюки, грызуны, обитающие в пустынях, – к яду скорпионов. Некоторые птицы (аисты, вороны, кондоры, птицы-секретари) поедают ядовитых змей; ядовитые змеи (например, лахезис) – других ядовитых змей (коралловую змею), неядовитая змея муссурана – ядовитых змей. Некоторые птицы могут поедать жгучих гусениц; куры – каракурта, а сам каракурт может поедать шпанских мушек, кантаридин которых для него не опасен. Т. о., не существует Я. ж., опасных для всех остальных животных; их ядовитость относительна. Человек и животные могут стать невосприимчивы к яду, который длительное время в небольших дозах вводился в их организм. Так, иногда пчеловоды становятся нечувствительны к яду пчёл. Малые дозы змеиного яда ,пчелиного яда и некоторых других используются для лечебных целей. См. также Токсины .
Лит.: Павловский Е. Н., Ядовитые животные Средней Азии и Ирана, Таш., 1942; Мариковский П. И., Тарантул и каракурт, Фр., 1956; Захаров В. И., Жабий яд, Киш., 1960; Кассирский И. А., Плотников Н. Н., Болезни жарких стран, 2 изд., М., 1964; Пигулевский С. В., Ядовитые животные. Токсикология позвоночных, Л., 1966; его же, Ядовитые животные. Токсикология беспозвоночных, Л., 1975; Баркаган 3. С., Перфильев П. П., Ядовитые змеи и их яды, Барнаул, 1167; Талызин Ф. Ф., Ядовитые животные суши и моря, М., 1970; Halstead В. W., Dangerous marine animals, Camb., 1959; Manson sir Patric, Tropical diseases: a manual of the diseases of warm climates, 16 ed., L., 1966; Caras R. A., Venomous animals of the world, Englewood Cliffs, 1974.
Ф. Ф. Талызин.
Водные ядовитые животные: рыба-хирург.
Наземные ядовитые животные: 1 – ядозуб; 2 – обыкновенный щитомордник; 3 – песчаная эфа.
Голова гремучей змеи: 1 – железа, вырабатывающая яд; 2 – ядовитые зубы с каналом для стока яда; 3 – мышца, выдавливающая из железы яд; 4 – глаз; 5 – язык; 6 – дыхательное отверстие трахеи; 7 – складка слизистой оболочки десны, охватывающая зуб.
Морской дракончик: 1 – луч-колючка спинного плавника; 2 – жаберная крышка с колючкой.
Водные ядовитые животные: крылатка.
Хвостокол, или морской кот, ранящий человека, и его шип.
Водные ядовитые животные: 1 – бородавчатка; 2 – морской дракончик; 2а – он же, закопавшийся в грунт.
Наземные ядовитые животные: 1 – огненная саламандра; 2 – краснобрюхая жерлянка; 3 – зелёная жаба.
Водные ядовитые животные: собака-рыба.
Наземные ядовитые животные: 1 – тарантул; 2 – гусеница златогузки; 3 – телифон; 4 – каракурт; 5 – жук-нарывник.
Наземные ядовитые животные: 1 – древесная лягушка; 2 – лягушка-древолаз; 3 – она же, другой окраски.
Наземные ядовитые животные: полосатый гремучник.
Водные ядовитые животные: 1 – медуза хиронекс; 2 – медуза гонионема; 3 – сифонофора физалия, или португальский кораблик; 4 – медуза корнерот; 5 – медуза цианея; 6 – морской ёж диадема; 7 – морской кот; 8 – маринка.
Медуза крестовик и её стрекательные клетки: а – в покоящемся состоянии; б – с выстреленной стрекательной нитью; 1 – ядро; 2 – капсула; 3 – чувствительный волосок; 4 – стрекательная нить; 5 – шипы.
Оса крабро и её ядовитый аппарат: 1 – ядовитая железа; 2 – жало.
Водные ядовитые животные: 1 – зелёная гидра; 2 – моллюск конус.
Наземные ядовитые животные: 1 – жук-педерус; 2 – шершень; 3 – шпанская мушка; 4 – медоносная пчела.
Паук каракурт: 1 – самка; 2 – самец; 3 – хелицеры (верхние челюсти самки); 4 – крючки хелицер; 5 – ядовитые железы.
Водные ядовитые животные: мускусный осьминог.
Водные ядовитые животные: 1 – лошадиная актиния; 2 – морской ёж токсопнейстес.
Наземные ядовитые животные: 1 – гюрза; 2 – капская гадюка.
Наземные ядовитые животные: западная мамба.
Наземные ядовитые животные: 1 – сколопендра; 2 – скорпион.
Наземные ядовитые животные: 1 – пама; 2 – кобровый аспид; 3 – очковая змея.
Ядовитые растения
Ядови'тые расте'ния , растения, вырабатывающие и накапливающие в процессе жизнедеятельности яды. Вызывают отравления животных и человека. В мировой флоре известно более 10 тыс. видов Я. р., главным образом в тропиках и субтропиках, много их и в странах умеренного и холодного климатов; в СССР около 400 видов. Я. р. встречаются среди грибов, хвощей, плаунов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений. В странах умеренного климата наиболее широко они представлены в семействе лютиковых, маковых, молочайных, ластовневых, кутровых, паслёновых, норичниковых, ароидных. Многие растительные яды в небольших дозах – ценные лечебные средства (морфин, стрихнин, атропин, физостигмин и др.).
Основные действующие вещества Я. р. – алкалоиды, гликозиды (в том числе сапонины), эфирные масла, органические кислоты и др. Они содержатся обычно во всех частях растений, но часто в неодинаковых количествах, и при общей токсичности всего растения одни части бывают более ядовиты, чем другие. Например, у веха ядовитого, видов аконита, чемерицы особенно ядовито корневище, у картофеля – цветки, болиголова – плоды, у софоры, куколя, гелиотропа – семена, у наперстянки – листья. Некоторые растительные яды накапливаются и образуются только в одном органе растения (например, гликозид амигдалин – в семенах горького миндаля, вишни, сливы). Бывает, что некоторые части Я. р. неядовиты (например, клубни картофеля, кровелька семян тисса, семена мака снотворного). Содержание ядовитых веществ в растениях зависит от условий произрастания и фазы развития растения. Как правило, Я. р., растущие на Ю., накапливают действующих веществ больше, чем произрастающие на С. Одни растения более токсичны перед зацветанием, другие – в период цветения, третьи – при плодоношении. Наиболее ядовиты растения в свежем виде. При высушивании, отваривании, силосовании токсичность может снижаться, а иногда утрачивается совсем. Однако у большинства Я. р. токсичность сохраняется и после переработки, поэтому примесь их в фураже нередко бывает источником сильных отравлений с.-х. животных (при силосовании трав с примесью чемерицы алкалоиды из последней выщелачиваются, пропитывают силосную массу и делают её ядовитой). Животные, как правило, не поедают Я. р., однако при бескормице и весной после длительного стойлового содержания они с жадностью поедают свежую зелень, в том числе и Я. р. (часты отравления животных, перевезённых в районы, где встречаются незнакомые для них Я. р.). Растений, обладающих абсолютной ядовитостью, в природе, по-видимому, не существует. Например, белладонна и дурман ядовиты для человека, но безвредны для грызунов, кур, дроздов и других птиц, морской лук, ядовитый для грызунов, безвреден для других животных, пиретрум ядовит для насекомых, но безвреден для позвоночных и т. д. Обычно отравление Я. р. происходит при попадании растений через рот, органы дыхания (при вдыхании пылевидных частиц Я. р. или выделяемых ими летучих веществ), а также через кожу в результате соприкосновения с Я. р., их соками. Отравления людей через дыхательные пути обычно относят к профессиональным; наблюдаются у сборщиков хмеля, столяров при работе с некоторыми видами древесины (например, древесиной бересклета), людей, имеющих дело с лекарств, растениями (например, с белладонной, секуринегой, лимонником и т. п.). Реже наблюдаются бытовые отравления летучими веществами, выделяемыми Я. р. Большие букеты магнолий, лилий, черёмухи, мака, тубероз могут вызвать недомогание, головокружение, головную боль. Нередки отравления детей соблазнительными на вид ядовитыми плодами. Отравление после поедания Я. р. может проявиться через несколько минут, например после употребления хвои тисса, в других случаях – через несколько дней и даже недель. Некоторые Я. р. (например, хвойник) могут быть ядовиты лишь при длительном их употреблении, т. к. действующие начала их в организме не разрушаются и не выводятся, а накапливаются. Большинство Я. р. одновременно действуют на различные органы, однако какой-то орган или центр обычно бывает поражен сильнее. По действию на организм животных различают Я. р., вызывающие поражение: центральной нервной системы (виды аконита, безвременника, белены, болиголова, ветренницы, веха и др.), сердца (виды ландыша, наперстянки, обвойника и др.), печени (виды гелиотропа, крестовника, люпина и др.), одновременно органов дыхания и пищеварения (горчица полевая, желтушник левкойный, триходесма седая) и т. д. В профилактике отравлений Я. р. человека важное значение имеет санитарное просвещение населения; животных – уничтожение Я. р. на пастбищах. Многие растительные яды в небольших (так называемых терапевтических) дозах применяются как лекарственные средства (например, сердечные гликозиды, получаемые из наперстянки и ландыша, атропин – из белены). Из некоторых Я. р. получают инсектициды (например, пиретрум – 113 ромашки далматской).
Лит.: Кречетович Л. М., Ядовитые растения СССР, М., 1940; Ядовитые растения лугов и пастбищ, М. – Л., 1950; Гусынин И. А., Токсикология ядовитых растений, 4 изд., М., 1962; Дударь А. К., Ядовитые и вредные растения лугов, сенокосов и пастбищ, М., 1971; Вильнер А. М., Кормовые отравления, 5 изд., Л., 1974.
В. Н. Вехов.
Ядовитые растения: 1 – красавка беладонна; 2 – скополия карниолийская (2а – плод); 3 – вех ядовитый (3а – корневище в разрезе, 3б – цветок, 3в – плод).
Ядовитые растения: 1 – аконит каракольский (1а – клубни); 2 – обвойник греческий (2а – кусок коры); 3 – белена чёрная (3а – плод, 3б – семя); 4 – дурман вонючий (4а – плод, 4б – семя); 5 – болиголов пятнистый (5а – участок стебля, 5б – зонтик с плодами, 5в – плод); 6 – аронник пятнистый (6а – клубень, 6б – плоды); 7 – переступень белый (7а – плоды, 7б – корни, 7в – цветок).
Ядозубы
Ядозу'бы (Helodermatidae), семейство ядовитых ящериц. Туловище вальковатое, плотное; хвост толстый, короткий. Длина до 80 см. Тело сверху покрыто крупной бугорчатой чешуей. Окраска пёстрая, с тёмным рисунком на оранжево-красном или беловато-жёлтом фоне. Зубы длинные, бороздчатые. Нижнечелюстные железы вырабатывают яд, смертельный для мелких позвоночных животных; известны случаи гибели людей. Два вида: жилатье и эскорпион. Распространены от юго-запада США до юго-запада Мексики. Населяют сухие каменистые предгорья и полупустыни. Ведут сумеречный и ночной образ жизни. Питаются насекомыми, ящерицами, змеями, грызунами, птенцами, яйцами птиц и пресмыкающихся. Самка откладывает 3—12 яиц.
Ядохимикаты
Ядохимика'ты , то же, что пестициды .
Ядра атомного деление
Ядра' а'томного деле'ние , процесс расщепления атомного ядра на несколько более лёгких ядер – «осколков», наиболее часто – на 2 осколка, близких по массе. В 1938 немецкие учёные О. Ган и Ф. Штрасман установили, что при бомбардировке урана нейтронами образуются ядра щёлочноземельных элементов, в частности – ядра Ba. Несколько позднее австрийский физики Л. Майтнер и О. Фриш показали, что ядро 235 U делится под действием нейтрона на 2 осколка. Они ввели термин «деление ядер», имея в виду сходство этого явления с делением клеток в биологии. Они же дали первое качеств, объяснение Я. а. д.
Начальная стадия деления – медленное изменение формы ядра, при котором появляется шейка, соединяющая 2 ещё не полностью сформированных осколка (рис. 1 , а, б). Время прохождения этой стадии (10-14— 10-18сек ) зависит от того, насколько сильно возбуждено делящееся ядро. Постепенно шейка утоньшается, и в некоторый момент происходит её разрыв (рис. 1 , в). Образующиеся осколки с большой энергией разлетаются в противоположные стороны (рис. 1 , г).
Деформация ядра при делении сопровождается изменением его потенциальной энергии (рис. 2 ). Для того чтобы ядро достигло формы, предшествующей его разрыву, необходима затрата определённой энергии для преодоления потенциального барьера , называется барьером деления. Эту энергию обычно ядро получает извне, в результате той или иной ядерной реакции (например, при захвате нейтрона). Я. а. д. наблюдается для всех ядер тяжелее Ag, однако вероятность его во много раз больше для самых тяжёлых элементов. В случае 235 U деление происходит при захвате даже тепловых нейтронов .
В 1940 Г. Н. Флёров и К. А. Петржак (СССР) обнаружили самопроизвольное (спонтанное) Я. а. д., при котором происходит туннельное проникновение через барьер деления (см. Туннельный эффект ). Спонтанное деление – разновидность радиоактивного распада ядер (см. Радиоактивность ) и характеризуется периодом полураспада (периодом деления). Вероятность спонтанного деления зависит от высоты барьера деления. Для изотопов U и соседних с ним элементов барьер деления ~6 Мэв. Высота барьера, а следовательно, и период спонтанного деления ядер зависят от отношения Z2 /A (рис. 3 ). При изменении Z2 /A от 34,3 для 232 Th до 41,5 для 260 Ku период спонтанного деления уменьшается ~ в 1030 раз.
Деление тяжёлых ядер сопровождается выделением энергии. В тяжёлых ядрах из-за больших сил электростатического расталкивания нуклоны связаны друг с другом слебее, чем в осколках – ядрах середины периодической системы элементов . Поэтому масса тяжёлого ядра больше суммы масс образующихся осколков. Разница в массах соответствует энергии, выделяемой при делении (см. Относительности теория ). Значительная часть этой энергии выделяется в виде кинетической энергии осколков, равной энергии электростатического отталкивания двух соприкасающихся осколков в момент разрыва ядра на две части (рис. 1 , б). Суммарная кинетическая энергия осколков несколько увеличивается по мере возрастания Z делящегося ядра и составляет для ядер U и трансурановых элементов величину ~ 200 Мэв. Осколки быстро тормозятся в среде, вызывая её нагревание, ионизацию и нарушая её структуру. После соответствующей химической обработки под микроскопом могут быть замечены характерные следы осколков деления (рис. 4 ). Преобразование кинетической энергии осколков деления в тепловую энергию (нагревание ими окружающей среды) является основой использования ядерной энергии (см. Ядерный реактор ,Ядерный взрыв ).
В момент разрыва ядра осколки сильно деформированы, но по мере их удаления друг от друга деформация уменьшается, что приводит к увеличению их внутренней энергии. В дальнейшем энергия возбуждения осколков уменьшается в результате испускания ими нейтронов и g-квантов (рис. 1 , г). Когда энергия возбуждения осколков становится меньше энергии, необходимой для отделения нейтрона от ядра, эмиссия нейтронов прекращается и начинается интенсивное испускание g-квантов. В среднем наблюдается 8—10 g-квантов на 1 акт деления.
Т. к. разрыв шейки ядра может происходить по-разному, то масса, заряд и энергия возбуждения осколков флуктуируют от одного акта деления к другому. Число нейтронов v, испущенных при делении, также флуктуирует. При бомбардировке U медленным и нейтронами число нейтронов на 1 акт деления n ~ 2,5. Для более тяжёлых элементов n увеличивается. Значит, превышение n над 1 – чрезвычайно важный факт. Именно это обстоятельство позволяет осуществлять ядерную цепную реакцию и накапливать в ядерных реакторах энергию, выделяющуюся при Я. а. д. в макроскопических масштабах. Приближённо энергетический спектр нейтронов можно считать максвелловским со средней энергией ~1,3 Мэв (см. Максвелла распределение ).
Ядра, образующиеся при делении, перегружены нейтронами и являются радиоактивными (изотопы Ba и др.). Соотношение между числами протонов Z и нейтронов N = А – Z в них зависит от энергии возбуждения делящегося ядра. При достаточно высоком возбуждении соотношение N и Z в осколках остаётся обычно тем же, что у начального делящегося ядра. При малой энергии возбуждения делящегося ядра нейтроны и протоны распределяются между осколками таким образом, что в обоих осколках происходит примерно одинаковое число b-распадов, прежде чем они превратятся в стабильные ядра. В отдельных случаях (приблизительно 0,7% по отношению к общему числу делений) образующееся при b-распаде возбуждённое дочернее ядро испускает нейтрон. Эмиссия этого нейтрона 113 возбуждённого ядра – процесс быстрый (t < 10-16сек ), однако он запаздывает по отношению к моменту делений ядра на время, которое может достигать десятков сек; нейтроны, испускаемые при этом, называются запаздывающими нейтронами.
Деление называется асимметричным, когда отношение масс наиболее часто возникающих осколков ~1,5 (рис. 5 ). По мере увеличения энергии возбуждения ядра всё большую роль начинает играть симметричное деление на два осколка с примерно равной массой. Для некоторых спонтанно делящихся ядер (U, Pu) характерно асимметричное деление, но по мере увеличения А деление приближается к симметричному. Наиболее отчётливо это проявляется у 256 Fm. Значительно реже наблюдается деление на 3 осколка, обычно сопровождающееся испусканием a-частицы, ядер 6 He, 8 He, Li, Be и др. Предельный случай – деление на 3 равных осколка – наблюдался при бомбардировке ядер ускоренными тяжёлыми ионами (40 Ar и др.).
Теоретическое объяснение Я. а. д. впервые было дано Н. Бором и Дж. А. Уплером (США) и независимо от них Я. И. Френкелем . Они развили капельную модель ядра, согласно которой ядро рассматривается как капля электрически заряженной несжимаемой жидкости. На нуклоны в атомном ядре действуют уравновешивающие друг друга ядерные силы притяжения и электростатические силы отталкивания (между протонами), стремящиеся разорвать ядро. Деформация ядра нарушает равновесие; при этом, однако, возникают силы, стремящиеся вернуть ядро к начальной форме аналогично поверхностному натяжению жидкой капли. Деформация ядра при делении сопровождается увеличением его поверхности и, как в жидкой капле, силы поверхностного натяжения возрастают, препятствуя дальнейшей деформации. После прохождения через вершину барьера деления энергетически выгодным становится образование 2 капель меньшего размера, и с этого момента формирование осколков деления идёт быстро и необратимым образом. Уменьшение барьера деления для ядер с большими Z2 /A отчётливо проявляется в уменьшении периодов спонтанного деления.
Капельная модель описывает лишь усреднённые свойства ядер. В действительности же характер процесса деления может существенно зависеть от внутренней структуры ядра и состояния отдельных нуклонов. В частности, из-за этого барьер деления больше для ядер с нечётным числом нуклонов, чем для соседних чётно-чётных ядер (с чётными Z и N ). Особенно заметно это повышение барьера сказывается на периодах спонтанного деления ядер: периоды спонтанного деления чётно-чётных ядер в среднем более чем в 100 раз короче периода спонтанного деления соседних ядер с нечётным N. Увеличение барьера деления из-за нечётного нуклона видно на примере деления изотопов урана. Деление ядер 238 U становится достаточно вероятным лишь в том случае, когда кинетическая энергия нейтронов превышает некоторый порог, а в случае 235 U даже при захвате теплового нейтрона, энергия возбуждения составного ядра 236 U уже превышает барьер деления (рис. 6 ). Влияние структуры ядра на Я. а. д. видно при сравнении периодов спонтанного деления чётно-нечётных ядер. Вместо регулярного увеличения периода спонтанного деления с массой нуклида иногда наблюдается резкое уменьшение периода спонтанного деления. Особенно четко этот эффект проявляется при числе нейтронов N = 152, что не может быть объяснено в рамках капельной модели и свидетельствует о влиянии на Я. а. д. оболочечной структуры ядра.
Нуклонные оболочки оказывают влияние не только на преодоление барьера деления, они заметно сказываются и на последней стадии формирования осколков в момент, когда происходит разрыв ядра. Изменение формы ядра при делении происходит медленно (по сравнению с движением нуклонов в ядре), в результате чего нуклонные орбиты перестраиваются адиабатически. Измерения спектра масс осколков, их суммарной кинетической энергии, а также зависимости n от соотношения масс осколков указывают на формирование нуклонных оболочек в осколках перед разрывом.
Большое влияние на развитие представлений о протекании процесса деления оказала идея О. Бора о существовании так называемых каналовых эффектов. Оказалось, что при делении, вызванном быстрыми частицами, осколки разлетаются анизотропно, но всегда симметрично относительно угла 90° по отношению к пучку частиц, вызывающих деление. Вблизи порога деления наблюдаются довольно причудливые угловые распределения осколков, которые часто резко меняются при сравнительно небольшом изменении энергии захватываемой ядром частицы. Эти явления были объяснены в 1955 Бором как проявление квантовых каналов деления, связанных с отдельными состояниями внутреннего движения нуклонов в сильно «охлажденном» ядре в момент преодоления энергетического барьера (внутренняя энергия возбуждения уменьшается здесь на величину порога деления). Исследования каналов деления стали одним из важных источников информации о структуре внутренних квантовых состояний ядра вблизи порога деления.
В 1962 в Объединённом институте ядерных исследований (СССР) был открыт новый вид метастабильных (изомерных) состояний ядер с высокой вероятностью спонтанного деления. Известно около 30 ядер (изотопы U, Pu, Am, Cm, Bk), для которых вероятность спонтанного деления в изомерном состоянии больше, чем в основном, примерно в 1026 раз. Представляется вероятным, что форма ядра в этом изомерном состоянии сильно отличается от формы ядра в основном состоянии (изомерия формы ядра). В 1968 были обнаружены так называемые подбарьерные делительные резонансы при захвате нейтронов ядрами 240 Pu и 237 Np. Явления спонтанного деления из изомерного состояния и наличие подбарьерных делительных резонансов объясняются моделью, предложенной В. М. Струтинским (СССР), учитывающей формирование нуклонных оболочек у сильно деформированных ядер. Она приводит к форме барьера деления, показанной на рис. 7, с дополнительным минимумом потенциальной энергии при деформации ядра. Существование этого минимума может объяснить природу спонтанно делящихся изомеров. Нижнее состояние во второй потенциальной яме на барьере деления должно быть изомерным. Электромагнитные переходы из этого состояния в основное (лежащее в первой яме) должны быть запрещены из-за потенциального барьера, разделяющего обе потенциальные ямы. В то же время барьер деления для изомерных состояний мал, и это объясняет высокую вероятность спонтанного деления изомеров.
