0051

Wynika z tego, że jądra ciężkie (o małej energii wiązania na nukleon) rozpadają się na dwa jądra o mniejszej liczbie atomowej (o większej energii wiązania na jeden nukleon).

Samorzutne rozszczepienie jąder jest zjawiskiem bardzo rzadkim. Podobnie jak w przypadku „zwykłego” rozbijania jąder, tak i tu proces pękania wymaga dostarczenia odpowiedniej energii, co najmniej równej energii aktywacji tego procesu.

W niektórych przypadkach (dla ²³⁵U) wystarczy energia wydzielająca się w czasie przyłączenia do jądra powolnego neutronu, w innych pękanie jąder możliwe jest przy udziale szybkich neutronów (²³⁸U)lub cząstek przyśpieszonych do wysokich wartości energii kinetycznej.

Proces rozszczepienia uranu, pod wpływem neutronów, można zilustrować posługując się tzw. modelem „kroplowym” jądra, jak następuje. Przyłączający się do jądra neutron wnosi do nowo powstałego jądra (izotop) porcję energii, na którą składa się energia kinetyczna neutronu oraz wydzielająca się w czasie reakcji energia wiązania. Powierzchnia jądra ulega zwiększeniu, co powoduje wzrost energii powierzchniowej oraz wzrost odległości między protonami. To z kolei powoduje zmniejszenie się sił kulombowskiego odpychania. Czynniki te powodują deformację jądra, która zmienia w dalszym ciągu stosunek występujący w jądrze sił, tak że siły kulombowskiego odpychania między protonami zaczynają przeważać nad siłami wiązania nukleonów w jądrze. Deformacja jądra powoduje występowanie drgań, które w efekcie końcowym wydłużają jądro aż do jego rozerwania na dwa fragmenty. Rycina 1.28 ilustruje poszczególne stadia deformacji jądra aż do jego rozerwania.

Reakcja łańcuchowa. Podobnie jak przy rozerwaniu kropli cieczy na dwie zasadnicze części, wytwarzają się jeszcze drobne kropelki powstałe na skutek rozerwania, tak też przy pękaniu jądra uranu, obok powstałych dwóch fragmentów, ma miejsce uwalnianie się jeszcze kilku neutronów.

Ponieważ liczba neutronów wydzielonych w czasie pojedynczego procesu rozszczepienia jest większa od jednego, przeto przy ich wykorzystaniu do dalszych procesów pękania w tej samej bryle uranu można oczekiwać rozwinięcia się reakcji łańcuchowej, polegającej na gwałtownym mnożeniu się dalszych aktów rozszczepienia. Aby taka reakcja mogła się rozwinąć, muszą być spełnione pewne warunki.

Wiadomo, żc nie każdy neutron powstały z pojedynczego aktu rozszczepienia spowoduje następną identyczną reakcję. Dzieje się tak z wielu powodów. Część neutronów oddziałując z jądrami może doznać „rozproszenia” nie powodując reakcji, inna część może być wchłonięta przez jądra innych pierwiastków stanowiących zanieczyszczenie uranu, a jeszcze inna może wylecieć z bryły uranu, nie trafiając po drodze w inne jądra. W tym ostatnim przypadku prawdopodobieństwo trafienia w sąsiednie jądra będzie zależało od rozmiarów geometrycznych bryły uranowej. Pozostałe przeszkody można wyeliminować przez zastosowanie czystego uranu 235, którego jądra pękają pod działaniem neutronów dowolnej energii. Zjawisko wywołania reakcji łańcuchowej w tym materiale stanowi przypadek teoretycznie najprostszy.

Jeśliby w bloku uranu 235 zainicjować pojedynczy akt rozszczepienia jądra (a może to być spowodowane chociażby neutronem pochodzenia kosmicznego), to w przypadku odpowiednich rozmiarów bloku, powstałe z pierwszego aktu rozszczepienia neutrony (w ilości 2-3) spowodują dalsze 2-3 akty rozszczepienia, w wyniku których uwolnionych zostanie 4-9 neutronów' zdolnych do spowodowania dalszych reakcji pękania jąder.

57