Ядерная астрофизика

Вид материала

Исследование

Содержание Ядерная материя Ядерная спектроскопия Ядерная физика Ядро атомное. Ядерная электроника Рис. 2. Система накопления и обработки информации в ядерно-физ. эксперименте. Ядерная энергия Ядерное топливо, Ядерный реактор). Ядерное излучение Ядерные модели Ядерные реакции Ядро атом­ное). W числа актов N Я. р. к числу ч-ц, упав­ших на 1 см мишени. Для тонкой ми­шени W=n Q. При Я. р. (n,p) для большинства ядер Q Ядерные силы Ядерные фильтры Ю. С. Замятнин. Ядерные цепные реакции А от 90 до 150, v — число вторичных нейтронов. Если только часть f К=vf нейтронов след. поколения, к-рые вызовут деление, и при K>l (коэфф. размножения нейтронов) число нейтронов n ... Полное содержание

Подобный материал:

• Теория однородных нестационарных сред, 124.94kb.
• І международный форум  "Физическая ядерная  безопасность", 52.86kb.
• Конспект лекций по направлению "Ядерная физика и технологии" для бакалавров 1 курса, 782.71kb.
• Подсекция «Астрофизика», 590.47kb.
• Второе сообщение, 75kb.
• 7-я гамовская летняя астрономическая школа-конференция, 60.34kb.
• Iv международный космический фестиваль астрономия и астрофизика, 107.94kb.
• Элективный курс для 10класса Астрофизика, 128.27kb.
• Первое сообщение 11-я гамовская летняя астрономическая конференция школа, 69.15kb.
• Программа гамовской школы-конференции 2011 года будет организована в виде, 82.34kb.

Я

ЯДЕРНАЯ АСТРОФИЗИКА, вклю­чает исследование всех яд. процессов, происходящих в звёздах и др. косм. объектах. В нек-рой степени она пе­рекрывается с физикой косм. лучей и нейтринной астрофизикой. Яд. про­цессы, т. е. яд. реакции и слабые вз-ствия, приводят к выделению (погло­щению) энергии, а также к образова­нию (распаду) разл. хим. элементов. В задачи Я. а. входит гл. обр. опре­деление вероятности разных яд. про­цессов и их энергетич. эффекта. Эти данные используются в теории эволюции звёзд и в теории нуклеосин­теза. Для теории эволюции звёзд наи­более важны яд. реакции между за­ряженными ч-цами, включая протоны, альфа-частицы и т. д. Они происходят внутри звёзд в условиях термодина­мич. равновесия при максвелловском распределении ч-ц по скоростям. По­этому скорость таких термояд. реак­ций пропорц. вероятности преодоления кулоновского барьера, усреднённой по равновесному распределению от­носит. скоростей ч-ц. В результате интенсивность термояд. реакций и их энерговыделение резко возрастают с темп-рой. Весьма важен учёт электрон­ного экранирования в плазме, к-рое снижает высоту барьера и облегчает протекание яд. реакций. Для вычис­ления скоростей реакций использу­ются наряду с эксперим. данными разл. теоретич. модели ядер. Про­цессы слабых вз-ствий часто входят в цепочку яд. процессов, в частности в первую реакцию водородного цикла ¹H+¹H-D+e⁺ +, где е⁺— позитрон,  — нейтрино. На поздних стадиях эволюции звёзд, когда эл-ны стано­вятся вырожденными, для слабых вз-ствий характерен запрет на радио­активный бета-распад ядер. Для этих же условий характерны электронные захваты (при непрерывном энергети­ческом спектре электронов, в отличие от обычного в земных условиях К-захвата).

Я. а. приводит к выводу о существо­вании определённых выделенных ста­дий термояд. горения в ходе эволю­ции звезды. Длительное существова­ние звёзд на главной последовательно­сти обязано водородной стадии го­рения (водородному циклу или угле­родному циклу яд. реакций). За водо­родным горением следует гелиевое го­рение с реакцией синтеза углерода из трёх ядер гелия. Гелиевое горение свойственно звёздам типа гигантов и сверхгигантов. После гелиевого горе­ния последовательно наступают угле­родная, неоновая, кислородная и, на­конец, кремниевая стадии горения. Каждая стадия состоит из сложной системы осн. и второстепенных яд. про­цессов, из к-рых лишь первые суще­ственны для энергетич. эффекта. Вто­ростепенные реакции, однако, важны в нуклеосинтезе. Осн. реакции после-гелиевых стадий типа () сопровож­даются второстепенными: (p), (p), (n), (n) и т. д. В конце кремниевого горения темп-ра в центре звезды уве­личивается до ~3•10⁹К (рост темп-ры и плотности по закону T~^1/3 состав­ляет суть эволюции звезды). В этих условиях эффективная энергия теп­лового движения реагирующих ч-ц достигает ~1 МэВ, кулоновский барь­ер практически исчезает и наступает яд. статистич. равновесие. Нек-рое различие концентраций нейтронов и протонов по сравнению с нач. соста­вом звезды явл. результатом нерав­новесных слабых вз-ствий. Равновес­ное горение характерно для начала и хода гравитационного коллапса — последнего этапа эволюции звезды пе­ред переходом её в состояние нейтрон­ной звезды. В оболочке коллапсирующей звезды, однако, происходят яд. реакции предыдущих стадий, но во взрывном режиме. Им сопутствует взрывной нуклеосинтез. В немалой степени эти взрывные процессы вли­яют на сброс оболочки, т. е. на вспыш­ку сверхновой звезды. При гравитац. коллапсе и вспышке сверхновой звез­ды образуется заметное количество свободных нейтронов, роль к-рых на более ранних стадиях была невелика. В присутствии элементов группы желе­за свободные нейтроны быстро захва­тываются этими элементами (т. н. r-процесс), что ведёт к образованию всех более тяжёлых хим. элементов и увеличению их доли в изотопном со­ставе вещества Вселенной. Синте­зу тяжёлых элементов содействуют также реакции со свободными прото­нами.

Я. а. изучает яд. процессы в звёз­дах, основываясь на материале экспе­рим. яд. физики, к-рая непрерывно совершенствуется. В Я. а. появляют­ся новые области исследования, в ча­стности нейтринный нуклеосинтез. Мощный поток нейтрино, порождён­ный коллапсом звезды, вызывает яд. превращения в окружающем её в-ве. Этот процесс даёт вклад в образование самых лёгких ядер (помимо реакции скалывания) и обойдённых ядер (по­мимо реакций с быстрыми протонами). Ещё можно указать на нуклеосинтез очень тяжёлых ядер благодаря деле­нию и бета-распадам в сгустках в-ва, гипотетически выброшенного из недр нейтронных звёзд. Прежде образова­ние сверхтяжёлых элементов с трудом объяснялось r-процессом (см. Нуклео­синтез).

• Бербидж Дж., Ядерная астрофи­зика, пер. с англ., М., 1964; Франк-Каменецкий Д. А., Ядерная астрофи­зика, М., 1967; Т е й л ер Р. Дж., Про­исхождение химических элементов, пер. с англ., М., 1975.

В. С. Имшенник.

ЯДЕРНАЯ МАТЕРИЯ, простран­ственно безграничная однородная си­стема нуклонов, находящаяся в устой­чивом по отношению к самопроизволь­ному расширению или сжатию состоя­нии. Я. м.— теор. идеализация, к к-рой приближаются ядра с очень большим числом нуклонов и космиче­ские тела, обладающие плотностью порядка ядерной, напр. нейтронные звёзды.

ЯДЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, со­вокупность методов исследования ат. ядер по их излучению, сопровождаю­щему яд. превращения и переходы ядер из одного состояния в другое. Измерение энергии, интенсивности, углового распределения и поляризации излучений, испускаемых ядром либо в процессе радиоактивного распада (а- и -спектроскопии), либо при пе­реходе ядра из возбуждённого состоя­ния в менее возбуждённое (-спектроскопия), либо в ядерных реакциях (прямых ядерных реакциях, реакциях кулоновского возбуждения ядра и ре­зонансных реакциях) даёт информацию о спектре яд. состояний — энергиях, спинах, чётностях, изотопических спинах и др. квант. характеристиках. Особое место занимает нейтронная спектроскопия.

Арсенал технич. средств совр. Я. с. разнообразен. Он включает в себя магнитные спектрометры для измере­ния энергий заряженных ч-ц (см. Бета-спектрометр) , кристалл-дифракцион­ные спектрометры для измерения энер­гий -излучения, различные детек­торы частиц, позволяющие регистри­ровать и измерять энергию частиц и -квантов по эффектам взаимодей­ствия быстрых ч-ц с атомами в-ва (возбуждение и ионизация атомов). Среди приборов этого типа большое значение приобрели твёрдотельные де­текторы (см. Сцинтилляционный счётчик, Полупроводниковый детек­тор), сочетающие хорошую энергети­ческую разрешающую способность (~1 —10%) с высокой «светосилой» (долей эффективно используемого из­лучения), достигающей в нек-рых приборах величин, близких к 1.

Благодаря появлению ПП детекто­ров и развитию ускорит. техники (см. Ускорители заряженных частиц), а также применению ЭВМ (для накоп­ления и обработки эксперим. данных и для управления экспериментом) воз­никли автоматизированные измерит. комплексы, позволяющие получить большие объёмы систематизированной прецизионной информации о свойст­вах ядер.

910


Методы Я. с. применяются практи­чески во всех яд. исследованиях и за пределами физики — в биологии, хи­мии, медицине, технике; напр., активационный анализ опирается на дан­ные о схемах распада радиоактивных ядер; Мёссбауэра эффект, первона­чально использовавшийся в Я. с. как метод измерения времён жизни воз­буждённых состояний ядер, приме­няется для исследования электронной структуры твёрдого тела, строения молекул и др. Данные Я. с. необхо­димы также при хим., биол. и др. исследованиях методами изотопных индикаторов.

• Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пер. с англ., в. 1—4, М., 1969.

А. А. Сорокин.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, раздел физики, посвящённый изучению структуры ат. ядра, процессов радиоактивного рас­пада и механизма яд. реакций. К Я. ф. иногда относят также физику элемен­тарных ч-ц. Иногда разделами Я. ф. продолжают считать направления исследований, ставшие самостоят. вет­вями техники, напр. ускорит. технику (см. Ускорители), яд. энергетику. Ис­торически Я. ф. возникла до установ­ления факта существования атомного ядра, возраст её можно исчислять со времени открытия радиоактивно­сти.

Обычно различают Я. ф. низких, промежуточных и высоких энергий. К Я. ф. низких энергий относят про­блемы строения ядра, изучение радио­активного распада ядер, а также ис­следования яд. реакций, вызываемых ч-цами с энергией до 200 МэВ. Энер­гии от 200 МэВ до 1 ГэВ наз. промежу­точными, а свыше 1 ГэВ — высокими. Это разграничение в значит. мере условно и сложилось в соответствии с историей развития ускорит. техники. В совр. Я. ф. структуру ядра иссле­дуют с помощью ч-ц высоких энергий, а фундаментальные св-ва элементар­ных ч-ц устанавливают в результате исследования радиоактивного распада ядер.

Обширной составной частью Я. ф. низких энергий явл. нейтронная фи­зика, охватывающая исследования вз-ствий медленных нейтронов с в-вом и нд. реакции под действием ней­тронов. Новой областью Я. ф. явл. изучение яд. реакций под действием многозарядных ионов. Эти реакции ис­пользуются как для поиска новых тя­жёлых ядер (см. Трансурановые эле­менты), так и для изучения механиз­ма вз-ствия сложных ядер друг с дру­гом. Отдельное направление Я. ф.— изучение вз-ствия ядер с эл-нами и фо­тонами (см. Фотоядерные реакции). Все эти разделы Я. ф. тесно переплета­ются друг с другом и связаны общими целями.

Арсенал эксперим. средств Я. ф. разнообразен и технически сложен. Его основу составляют ускорители за­ряженных ч-ц (от эл-нов до многоза­рядных ионов), ядерные реакторы, служащие мощными источниками нейтро­нов, и детекторы частиц. Для совр. яд. эксперимента характерны боль­шие интенсивности потоков ускорен­ных заряж. ч-ц или нейтронов, позво­ляющие исследовать редкие яд. про­цессы и явления, и одновременная ре­гистрация неск. ч-ц, испускаемых в одном акте яд. столкновения. Множе­ство данных, получаемых в одном опы­те, требует использования ЭВМ, со­прягаемых непосредственно с регист­рирующей аппаратурой.

Центр. проблема теор. Я. ф.— квант. задача о движении мн. тел, сильно взаимодействующих друг с другом. Из теории ядра и элементар­ных ч-ц возникли и развились новые направления теор. физики, получив­шие впоследствии применение в др. областях физики и положившие нача­ло новым матем. исследованиям (напр., обратная задача теории рассеяния и её применения к решению нелинейных уравнений в частных производных и др.). Велико прикладное значение Я. ф.; широки и разнообразны её прак­тич. приложения — от яд. оружия и яд. энергетики до диагностики и те­рапии в медицине. Вместе с тем Я. ф. остаётся фундаментальной наукой, от прогресса к-рой можно ожидать вы­яснения глубоких свойств строения материи и открытия новых законов при­роды.

• См. лит. при ст. Ядро атомное.

И. С. Шапиро.

ядерная фотографическая ЭМУЛЬСИЯ, фотоэмульсия для реги­страции траекторий (треков) заряж. ч-ц. Франц. физик А. Беккерель в 1896 обнаружил радиоактивность со­лей U по вызываемому ими почерне­нию обычной фотоэмульсии. В 1910 япон. физик С. Киносита установил, что зёрна галогенида Ag обычной фото­эмульсии становятся способными к проявлению, если через них прошла -частица. В 1927 Л. В. Мысовский с сотрудниками изготовили пластинки с толщиной эмульс. слоя 50 мкм и на­блюдали с их помощью рассеяние -частиц на ядрах эмульсии. В 30-х гг. началось изготовление спец. Я. ф. э. (со стандартными св-вами), с по­мощью к-рых можно было регистриро­вать следы медленных ч-ц (-частиц, протонов). В 1937—38 австр. физики М. Блау и Г. Бомбахер и А. П. Жда­нов с сотрудниками наблюдали в Я. ф. э. расщепления ядер, вызванные косм. излучением. В 1945—48 появи­лись релятив. Я. ф. э. для регистра­ции релятив. ч-ц. Метод Я. ф. э. стал точным количеств. методом исследо­ваний.

Я. ф. э. отличаются от обычных фо­тоэмульсий двумя особенностями: от­ношение кол-ва галогенида Ag к же­латине в 8 раз больше; толщина слоя, как правило, в 10—100 раз больше и достигает иногда 1000—2000 мкм (стандартная толщина фирменных Я. ф. э. 100—600 мкм). Зёрна гало­генида Ag в эмульсии имеют ср.

линейный размер обычно 0,08— 0,30 мкм.

Заряж. ч-цы, проходя через Я. ф. э., создают чувствит. центры в нек-рых лежащих на их пути зёрнах галогени­да Ag (скрытое изображение). После проявления эти зёрна превращаются в кристаллики металлич. Ag, к-рые непрозрачны и после фиксирования Я. ф. э. образуют вдоль трека ч-цы це­почку чёрных зёрен. Следы ч-ц на­блюдают с помощью микроскопов при увеличении 200—2000.

В яд. физике Я. ф. э. обычно исполь­зуют в виде слоев, наклеенных на стеклянные подложки. При исследо­вании ч-ц высоких энергий (на уско­рителях или в космических лучах) эмульсионные слои иногда снимают с подложки и укладывают в большие стопки в неск. сотен слоев. Объём стопок доходит до десятков —образу­ется практически сплошная фоточувствит. масса. После экспозиции отд. слои наклеивают на стеклянные под­ложки и обрабатывают. Положение слоев маркируют, благодаря чему траекторию частиц прослеживают по всей стопке, переходя от слоя к слою.

Пробег ч-цы с зарядом Q и скоро­стью v в Я. ф. э. до остановки ч-цы пропорц. массе М ч-цы. При доста­точно большой скорости плотность зё­рен (число проявленных зёрен на ед. длины следа) g~Q²/v². Если плотность зёрен слишком велика, они сливаются в сплошной чёрный след. В этом слу­чае (особенно при большом Q) мерой скорости ч-цы может служить число вторичных т. н. -электронов, обра­зующих вдоль следа характерные ответвления. Их плотность также ~Q²/v². Если Q=e (заряду эл-на), а v~c, то след частицы в релятив. Я. ф. э. имеет вид прерывистой линии из 15—30 чёрных зёрен на 100 мкм пути.

В Я. ф. э. можно измерять рассея­ние ч-ц. Ср. угловое отклонение на ед. пути ~Q/pv (p — импульс ч-цы). Я. ф. э. можно поместить в очень сильное магн. поле и измерить импульс ч-цы и знак её заряда, что позволяет определить Q, М и v. Достоинства ме­тода Я. ф. э. как трекового детектора ч-ц — высокое пространств. разреше­ние (можно различать явления, отде­лённые расстоянием в ~1 мкм, что для релятив. ч-цы соответствует вре­менам пролёта ~10^-16 с) и возможность длит. накопления редких событий. Методом Я. ф. э. были открыты пи-мезоны, обнаружено вз-ствие - и К-мезонов после остановки. С помощью Я. ф. э. удалось оценить время жизни °-мезона, обнаружить распад К -мезо­на на 3 пиона, открыть -гиперон, гиперядра, антилямбдагиперон. Мето­дом Я. ф. э. был исследован состав первичного косм. излучения и пока­зано, что, кроме протонов, в нём есть

911


ядра Не и более тяжёлых элементов, вплоть до Fe. В 50-е гг. были органи­зованы междунар. экспедиции с це­лью подъёма многолитровых эмульси­онных стопок на баллонах в высокие слои атмосферы и на разл. геомагнит­ные широты. Части стопок были рас­пределены между десятками лабора­торий мира, работавших по согласо­ванным программам. Это позволило в короткие сроки накопить большую ста­тистику и привело к нек-рым из пере­численных выше открытий.

Хотя при исследовании ч-ц высоких энергий пузырьковые камеры потесни­ли Я. ф. э., последние всё же продол­жают использоваться. Я. ф. э. при­меняются также в авторадиографии: в структуру исследуемого объекта вводится небольшое кол-во радиоак­тивных атомов, к-рые обнаруживают своё присутствие распадами, и Я. ф. э., помещённая вблизи объекта, может указать их локализацию. Для увели­чения разрешения и чувствительности метода Я. ф. э. в жидком виде иногда наносят непосредственно на объект или применяют тонкие слои Я. ф. э., сня­тые с подложки. При этом можно изме­рять как полное почернение Я. ф. э., так и регистрировать индивидуальные следы, достигая пространств. разре­шения ~1 мкм.

• П а у э л л С., Ф а у л е р П., П е р к и н с Д., Исследование элементарных частиц фотографическим методом, пер. с .англ., М., 1962.

А. О. Вайсенберг.

ЯДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, сово­купность методов яд. физики, в к-рых используются электронные приборы для регистрации, преобразования и обработки информации, поступающей от детекторов ч-ц. Малая длитель­ность процессов и, как правило, высо­кая их частота, а также наличие по­сторонних процессов (фона) требуют от приборов Я. э. высокого временного разрешения (~10^-9 с). Необходимость одновременного измерения большого числа параметров (амплитуды сиг­нала, времени его прихода, координа­ты точки его детектирования и др.) привела к тому, что именно в Я. э. впервые были разработаны схемы ана­лого-цифрового преобразования, при­менены цифровые методы накопления информации, многоканальный и мно­гомерный анализ с использованием ЭВМ.

При регистрации ч-ц, а также фото­нов рентг. и -излучений задача Я. э. сводится к счёту импульсов от детек­тора; при идентификации типа ч-ц или при исследовании их спектра анализи­руются форма импульса, его амплитуда или относит. задержка между им­пульсами. В случае исследования пространств. распределения ч-ц регист­рируются номера «сработавших» детек­торов или непосредственно определя­ется координата точки детектирования.

В устройствах Я. э. используются методы антисовпадений и совпадений,

амплитудные дискриминаторы, линей­ные схемы пропускания и сумматоры, многоканальные временные и ампли­тудные анализаторы, а также устрой­ства для съёма информации с коорди­натных детекторов (искровых камер и пропорциональных камер) и т. д.

Устройство для регистрации ч-ц со­держит: детектор; усилитель сигнала; преобразователь, к-рый переводит сигнал детектора в стандартный импульс либо преобразует амплитуду или вре­мя прихода сигнала в цифровой код; регистрирующий прибор (счётчики импульсов, запоминающие устройства, ЭВМ, реже — самопишущие прибо­ры или фотоаппарату­ра).




рис. 1. Схема спектрометра заряж. ч-ц.


На рис. 1 изобра­жена упрощённая си­стема для исследо­вания спектра ч-ц. Заряж. ч-ца пересе­кает детекторы Д₁— Д₃ и останавливается в детекторе Д₄. Сиг­налы с Д₁—Д₃ через формирователи Ф₁ Ф₂, Ф₃ поступают на схему совпадений СС, к-рая отбирает те со­бытия, при к-рых сиг­налы на её входы при­ходят одновременно. Одновременность при­хода импульсов обес­печивается согласую­щимися линиями за­держки ЛЗ. Схема со­впадения вырабаты­вает сигнал, к-рый «разрешает» преоб­разование исследу­емого импульса от детектора Д₄. Результат преобразо­вания из аналого-цифрового преобра­зователя АЦП в виде цифрового кода заносится в оперативное запоминаю­щее устройство ОЗУ или ЭВМ. Из­меренный амплитудный спектр выво­дится на экран электронно-лучевой трубки ЭЛТ. Часть системы, ограни­ченная пунктиром, представляет со­бой многоканальный амплитудный анализатор импульсов. Скорость счё­та на выходе схемы совпадений, фик­сируемая счётчиком СЧ, показывает число зарегистрированных событий. Временной отбор сигналов осуществ­ляется схемами совпадений, к-рые срабатывают от импульсов с опреде­лённой длительностью и амплиту­дой.

Для амплитудного отбора исполь­зуются дискриминаторы, к-рые гене­рируют выходной импульс, если амп­литуда входного сигнала либо боль­ше определённой величины (интегр. дискриминатор), либо заключена в определ. пределах (дифф. дискрими­натор) . Дискриминаторы выполня­ются по схеме триггера Шмидта (спусковая схема) или с использо­ванием схем сравнения (компара­торов), выполненных в виде интегр. схем. Последние представляют собой высокочувствит. усилители — ограни­чители.

В совр. Я. э. блоки, реализующие одну логич. ф-цию («И», «ИЛИ» и др.), уступают место универсальным мно­гофункциональным устройствам, ло­гич. ф-ции к-рых можно задавать извне. Такие устройства реализуются на базе постоянных запоминающих устройств, программируемых логи­ческих матриц или матриц венти­лей. Вычислит. техника позволи­ла создать автоматизированную ап­паратуру с программно регулируемы­ми параметрами: ЭВМ управляет по-



Рис. 2. Система накопления и обработки информации в ядерно-физ. эксперименте.


рогами срабатывания схем, времен­ным разрешением, задержкой сигна­лов, логикой отбора событий, режи­мом работы измерит. системы и т. д. Внедряются в эксперимент микропро­цессоры и спец. процессоры для рас­познавания образов, для накопления и предварит. обработки результатов измерений. Накопление эксперим. данных происходит в ЭВМ с после­дующей записью на магн. ленту. Ре­зультаты предварит. обработки выво­дятся на экран электронно-лучевой трубки, что позволяет оператору вме­шиваться в ход измерений. ЭВМ уп­равляет разл. исполнит. устройствами: моторами, перемещающими детекторы или мишени, реле, коммутаторами сиг­налов и т. д. (рис. 2).

912


• Ковальский Е., Ядерная электро­ника, пер. с англ., М., 1972; Электронные методы ядерной физики, М., 1973; Кол­паков И. Ф., Электронная аппаратура на линии с ЭВМ в физическом эксперименте, М., 1974; Современная ядерная электро­ника, т. 1—2, М., 1974—75.

Ю. А. Семёнов.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ (атомная энер­гия), внутр. энергия ат. ядра, выде­ляющаяся при ядерных превращениях. Энергия, к-рую необходимо затратить для расщепления ядра на составляю­щие его нуклоны, наз. энергией связи ядра ξ_св. Это макс. энергия, к-рая может выделиться. Энергия связи ядра складывается из энергии притяжения нуклонов друг к другу под действием ядерных сил и энергии электростатич. отталкивания протонов. Яд. силы обладают тем св-вом, что каждый нуклон сильно взаимодейст­вует лишь с небольшим числом сосед­них. Поэтому уже начиная с ядер Не уд. энергия связи ξ_св/А (А — массовое число) слабо растёт с увели­чением А. Для нуклонов, находя­щихся на периферии ядра, притяже­ние к остальным нуклонам явл. бо­лее слабым. В лёгких ядрах относи­тельное число таких нуклонов вели­ко; оно уменьшается с ростом А. В ре­зультате с увеличением А значение ξ_св/A возрастёт. В тяжёлых же яд­рах ξ/А убывает с ростом A, т. к. энергия притяжения растёт пропорц. A2Z (Z — число протонов), а энергия электростатич. отталкивания растёт пропорц. Z². Максимум отношения



ξ_св/А достигается в области Fe (A=56, рис.). Т. о., экзотермическими явл. реакции яд. синтеза — образо­вания лёгких ядер из легчайших и реакции деления тяжёлых ядер, а также спонтанный альфа-распад. За­висимость уд. энергии связи от А об­ладает тонкой структурой, связанной с наличием в ядре замкнутых оболо­чек (см. Ядро атомное, Магические ядра). Реакции яд. синтеза из-за нали­чия кулоновского барьера могут раз­виваться лишь на ч-цах высоких энергий, т. е. при высоких темп-рах среды. Они явл. источником звёздной энергии. Реакции в звёздах протека­ют с образованием ⁴Не и выделением энергии ~7 МэВ/нуклон (1,8 •10⁸ кВт•ч/кг). В земных условиях уда­лось осуществить слияние двух дей­тронов, сопровождающееся выделением энергии ок. 1 МэВ/нуклон, и синтез дейтрона и тритона с выделением энергии 3,5 МэВ/нуклон (см. Управ­ляемый термоядерный синтез).

В реакции деления ²³⁵U нейтрона­ми выделяется ок. 202 МэВ в 1 акте деления. Из них ок. 12 МэВ уносят нейтрино. Т. о., реально выделяющая­ся Я. э. составляет 0,86 МэВ/нуклон


(2,2•10⁷ кВт•ч/кг). Пока в качестве источника Я. э. используются только реакции деления ядер (см. Ядерное топливо, Ядерный реактор).

А. М. Петросьянц.