Ядерная физика первое явление из области ядерной физики было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем. Это естественная радиоактивность солей урана, проявляющаяся в самопроизвольном испускании невидимых лучей

Уменьшение суммарной массы нуклонов при образовании из них ядра можно объяснить выделением энергии связи ядра.
Из известного соотношения Эйнштейна вытекает, что
E = mc2 .
Если обозначить через ΔЕ величину энергии, выделяющейся при образовании ядра, то соответствующая ей масса
Δm = ΔE/c2
характеризует уменьшение суммарной массы при образовании ядра из составных частиц.
Если ядро с массой Мя образовано из Z протонов с массой mp и из N = A – Z нейтронов с массой mn , то величина
Δm = Zmp + (A–Z)mn – Mя
называется дефектом массы ядра.
.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Энергия связи
ядра
Дефект массы Δm служит (в первом приближении) мерой энергии связи
ΔEсв = Δmc2 = (Zmp + (A-Z)mn – Mя)с2.
В ядерной физике «прочность» ядра принято характеризовать энергией связи, приходящейся на один нуклон, то есть удельной энергией связи
Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии.
Зависимость удельной энергии связи ядер от их массового числа А представлена на рисунке.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
На этом рисунке выделим две области массовых чисел, где можно использовать энергию ядер. Это распад тяжелых ядер и синтез легких.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Как видно из рисунка, при распаде тяжелых ядер и синтезе легких – продукты реакций (дочерние ядра) имеют избыток энергии по сравнению с энергией материнских ядер.
Возникает вопрос – как реализовать и использовать эту возможность?
Начало этому было положено после экспериментального открытия О. Фриша и Л. Мейтнер о распаде ядра урана на два осколка при поглощении им нейтрона
При делении одного ядра урана тепловой нейтрон с энергией ~ 0,1 эВ освобождает энергию ~ 200 МэВ (кинетическая энергия осколков).
Для использования этой энергии очень важным фактом является то, что в результате подобных реакций вместо одного нейтрона, появляются 2, 3 и более нейтронов.
Это и есть необходимое (но недостаточное) условие для осуществления цепной ядерной реакции деления атомных ядер.
Цепная реакция
Термин «цепная реакция» заимствован из химии. Под цепной понимают такую реакцию, в которой воспроизводится одно из исходных реагирующих веществ, которое вновь вступает в такую же реакцию. В результате это вещество снова воспроизводится, но еще в большем количестве (Н.Н. Семенов).
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Важнейшей величиной, характеризующей цепную ядерную реакцию, является коэффициент размножения нейтронов k.
Это есть отношение общего числа нейтронов в каком-либо поколении к породившему их общему числу нейтронов в предыдущем поколении.
Таким образом, если в первом поколении было N1 нейтронов, то их число в n-м поколении будет Nn = N1kn.
При k = 1 реакция деления стационарна, то есть число нейтронов во всех поколениях одинаково – размножения нейтронов нет. Соответствующее состояние реакции называется критическим.
При k > 1 число Nn растет с увеличением n – такое состояние реакции называется надкритическим.
При k < 1 число Nn убывает с увеличением n – такое состояние реакции называется подкритическим.