Расщепление атома урана

Природный уран состоит из трех изотопов: U-234, U-235 и U-238. Из 1000 атомов урана 993 относятся к U-238, 7 - к U-235, а содержание U-234 столь ничтожно, что им можно пренебречь. Медленные нейтроны расщепляют только ядра U-235. При этом сначала образуется промежуточный нестабильный изотоп 0-236, который затем расщепляется на несколько осколков, например на ядра бария-144, криптона-90 и два нейтрона.

И тут мы подходим к открытию, которое дало миру ядерный реактор и атомную бомбу и изменило его: суммарная масса осколков оказалась меньше, чем суммарная масса исходного ядра и бомбардирующего нейтрона! Таким образом, теряется масса, которая по эйнштейновской формуле Е = тс2 превращается в значительное количество энергии, а именно ядерной энергии. Можно также сказать, что частично высвобождается энергия связи, удерживавшая вместе все компоненты крупного ядра. Выделение этой энергии приводит к тому, что осколки разлетаются с огромной скоростью, сталкиваясь с другими ядрами, которые вследствие этого возбуждаются, движутся и трутся друг об друга. Тем самым энергия движения осколков превращается в тепло. Подведем итог. При ядерном распаде происходит выделение значительной энергии. Из одного грамма урана-235 можно получить 23 ООО кВт • ч. Часто при делении ядер отдельно вылетают два или три нейтрона, например при распаде промежуточного ядра U-236 на барий-144 и криптон-89. Это очень важно для осуществления цепных ядерных реакций.

К сожалению, возникающие при расщеплении урана ядра средней массы сами, как правило, радиоактивны и испускают опасные лучи. С этим явлением мы вновь встретимся позже, при обсуждении основной проблемы атомных электростанций - ликвидации отходов. Чтобы расщепить ядра U-238 необходимы очень быстрые нейтроны. Медленные же хотя и проникают в ядро, но не расщепляют, а остаются в нем, образуя ядро U-239. Этот изотоп через промежуточное состояние превращается в плутоний-239, который в свою очередь легко расщепляется медленными нейтронами.