Таблица II
Оценки выхода энергии при
делении типичных ядер на два осколка
(третий столбец) и суммарной
величины добавочной энергии,
выделяющейся при последующих
бета-превращениях
(четвёртый столбец)
(все энергии даны в Мэв)
Исходное
ядро
Продукты
деления
Выход
при делении
Добавочная
энергия
28
Ni
61
14
Si
30,31
-11
2
50
Sn
117
25
Mn
58,59
10
12
68
Er
167
31
Se
83,83
94
13
82
Pb
206
41
Ni
103,105
120
32
92
U
239
46
Pd
119,120
200
31
Ядра с атомным номером, меньшим 𝐴 ∼ 100, энергетически стабильны но отношению к делению; выше этого предела оказывается энергетически выгодным деление на две примерно одинаковых части, поскольку уменьшение электростатической энергии в результате разделения зарядов перевешивает увеличение энергии короткодействующих сил, связанное с увеличением ядерной поверхности и уменьшением насыщения. Энергия, выделяющаяся при делении ядра U239 на два осколка с заданными зарядами и массами, изображена на рис. 1. Видно, что имеется широкая область массовых чисел, для которых освобождающая энергия почти достигает максимально возможного значения 200 Мэв; вместе с тем при заданной массе одного из осколков лишь небольшая область значений заряда ядра соответствует выделяющейся энергии, сколько-нибудь близкой к максимальному значению. Таким образом, осколки, возникающие при делении урана энергетически наиболее выгодным способом, сосредоточены в узкой полосе на рис. 1, которая отстоит от области стабильности ядер на расстояние, соответствующее изменению заряда ядра при испускании от трех до шести бета-частиц.
Рис. 1. Разность между энергией ядра 92U239 в нормальном состоянии и суммарной энергией возможных осколков: 44Ru100 и 48Cd139 (отмечены звёздочками) оценивается в 150 Мэв, как показывает соответствующая линия уровня энергии. Аналогичным образом из рисунка можно получить оценку выхода энергии при делении ядра U239 на другие возможные осколки. Видно, что область диаграммы, соответствующая наибольшему выходу энергии, находится на некотором расстоянии от области стабильных ядер (точки на рисунке), которое отвечает испусканию от трех до пяти бета-частиц
Величину энергии, выделяющейся при бета-превращениях, происходящих вслед за возникновением ядер-осколков, можно оценить по формуле (7), воспользовавшись значениями констант из табл. I. Полученные таким образом примерные значения энергии, освобождающейся в типичных цепочках бета-распадов, указаны на рис. 8 возле соответствующих стрелок.
Величина энергии, которая может освободиться за счёт испускания бета-частиц, для наиболее типичных осколков не исключает возможности спонтанного испускания нейтрона. Это легко видеть из того факта, что изменение энергии ядра с увеличением заряда на единицу определяется разностью энергий связи протона и нейтрона плюс их разность масс. Прямая оценка энергии связи нейтрона по формуле (6) для типичных ядер-осколков из области наибольшего выхода энергии (см. рис. 1) даёт результаты, которые представлены в третьем столбце табл. III. Сравнение чисел в этой таблице показывает, что энергия связи нейтрона в некоторых случаях значительно меньше энергии, которая может выделяться при бета-превращениях. Как мы увидим в разделе V, этим вполне разумно объясняется испускание запаздывающих нейтронов, сопровождающих процесс деления.
Таблица III
Оценки значений выхода энергии
при бета-превращениях и энергии связи
нейтрона в конечном ядре
в типичных случаях,
а также энергия связи нейтрона
в делящихся ядрах
(значения энергии даны в Мэв)
Бета-переход
Выход
энергии
Энергия
связи
40
Zr
99
→
41
Nb
99
6,3
8,2
41
Nb
100
→
42
Mo
100
7,8
8,6
46
Pd
125
→
47
Ag
115
7,8
6,7
47
Ag
125
→
48
Cd
115
6,5
5,0
49
In
130
→
50
Sn
130
7,6
7,1
52
Te
140
→
53
J
140
5,0
3,5
53
J
140
→
54
Xe
140
7,4
5,9
Составное ядро
92
U
235
5,4
92
U
236
6,4
92
U
239
5,2
90
Th
233
5,2
91
Pa
232
5,4
II. СТАБИЛЬНОСТЬ ЯДРА ПО ОТНОШЕНИЮ К ДЕФОРМАЦИЯМ
Согласно модели атомного ядра как жидкой капли следует ожидать, что энергия возбуждения ядра перейдёт в разновидности движения ядерной материи, подобные колебаниям жидкой сферы под действием поверхностного натяжения 9. Однако в случае тяжёлых ядер большое значение заряда приводит к эффекту, который в сильной степени компенсирует восстанавливающее действие короткодействующих сил притяжения, ответственных за поверхностное натяжение ядерной материи. Указанный эффект, важность которого для явления деления подчёркивали Фриш и Мейтнер, будет более подробно рассмотрен в этом разделе. Здесь мы исследуем стабильность ядра относительно малых деформаций различных типов 10, а также относительно деформаций настолько больших, что в результате может произойти деление.
