До сих пор мы рассматривали самопроизвольные (спонтанные) радиоактивные превращения, которые происходят без внешнего воздействия. Однако ядра атомов можно изменять и искусственно, бомбардируя их различными частицами. Такие процессы называются ядерными реакциями.

Ядерная реакция — это процесс изменения атомных ядер при их взаимодействии с другими ядрами или элементарными частицами.

При ядерных реакциях, как и при радиоактивном распаде, выполняются законы сохранения зарядового и массового чисел:

• Сумма зарядовых чисел частиц до реакции равна сумме зарядовых чисел частиц после реакции.
• Сумма массовых чисел частиц до реакции равна сумме массовых чисел частиц после реакции.

Первая ядерная реакция

Первая ядерная реакция была осуществлена Эрнестом Резерфордом в 1919 году. Он бомбардировал ядра атомов азота альфа-частицами и обнаружил, что при этом образуются ядра кислорода и протоны.

Проверим выполнение законов сохранения:

• Зарядовое число: 7 + 2 = 8 + 1 (9 = 9) — выполняется.
• Массовое число: 14 + 4 = 17 + 1 (18 = 18) — выполняется.

Открытие нейтрона

В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик исследовал излучение, возникающее при бомбардировке бериллия альфа-частицами. Он установил, что это излучение состоит из нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона. Эти частицы были названы нейтронами.

Реакция, в результате которой был открыт нейтрон:

Открытие нейтрона сыграло огромную роль в развитии ядерной физики. Нейтроны не имеют заряда, поэтому они могут беспрепятственно проникать в ядра атомов, не отталкиваясь от них, что делает их идеальными «снарядами» для осуществления ядерных реакций.

Реакции с нейтронами

Благодаря отсутствию заряда нейтроны легко проникают в атомные ядра и вызывают различные ядерные реакции. Одной из важнейших является реакция деления тяжёлых ядер.

В 1938 году немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрассман обнаружили, что при облучении урана-235 нейтронами происходит деление его ядра на два более лёгких ядра (осколка), при этом испускаются несколько нейтронов и выделяется огромная энергия.

Обратите внимание, что в результате реакции образуются новые нейтроны, которые могут вызвать деление других ядер урана. Это приводит к возможности осуществления цепной ядерной реакции.

Термоядерные реакции

Помимо реакций деления тяжёлых ядер, существуют реакции синтеза (слияния) лёгких ядер, которые происходят при очень высоких температурах. Такие реакции называются термоядерными.

Пример термоядерной реакции — синтез ядер дейтерия и трития:

При этой реакции выделяется значительное количество энергии. Именно термоядерные реакции являются источником энергии Солнца и звёзд.

Применение ядерных реакций

Ядерные реакции находят широкое применение в различных областях:

• Ядерная энергетика: использование управляемых цепных реакций деления для получения электроэнергии на атомных электростанциях.
• Медицина: получение радиоактивных изотопов для диагностики и лечения заболеваний.
• Наука: синтез новых химических элементов, изучение свойств вещества.
• Промышленность: использование радиоактивных методов контроля качества материалов.