Ядерные реакции
На предыдущем уроке мы говорили о расщеплении атомного ядра на составные части. Но как этого добиться в действительности? В результате каких физических процессов можно разбить ядро?
Очевидно, что для этого необходимо затратить большую энергию. Так ветер, обдувающий кирпичный дом, не в состоянии его разрушить, но разрушить дом можно артиллерийским снарядом.
И Резерфорд в 1919 году решил воспользоваться наиболее мощными «снарядами», которые имелись тогда в распоряжении. Это были α-частицы, вылетающие при радиоактивном распаде урана. (Как вы помните, это те самые снаряды, которыми он восемь лет назад бомбардировал лист золотой фольги в своих знаменитых опытах, породивших планетарную модель атома.)
Правда, превращений золота в другие химические элементы в тех экспериментах не наблюдалось. Ядро золота 
само по себе весьма прочное, да и к тому же содержит довольно много протонов; они создают сильное кулоновское поле, отталкивающее α-частицу и не подпускающее её слишком близко к ядру. А ведь для разбивания ядра снаряд должен сблизиться с ядром настолько, чтобы включились ядерные силы! Что ж, раз большое количество протонов мешает — может, взять ядро полегче, где протонов мало?
Резерфорд подверг бомбардировке ядра азота 
и в результате осуществил первую в истории физики ядерную реакцию:
В правой части мы видим продукты реакции — изотоп кислорода и протон.
Стало ясно, что для изучения ядерных реакций нужно располагать частицами-снарядами высоких энергий. Такую возможность дают ускорители элементарных частиц – «радиоактивные пушки».
! Обратите внимание: в ядерных реакциях выполняются законы сохранения:
· зарядового числа (суммарное число протонов в левой части равно суммарному числу протонов в правой части: 7 + 2 = 8 + 1)
· массового числа (суммарное число нуклонов в левой части равно суммарному числу нуклонов в правой части: 14 + 4 = 17 + 1)
Ядерные реакции дали возможность искусственного превращения химических элементов (сбылась мечта алхимиков!?)
Кроме того, в продуктах реакций стали обнаруживаться новые, не известные ранее частицы. Например, при облучении бериллия α-частицами в 1932 году был открыт нейтрон:
! Нейтроны замечательно подходят для раскалывания ядер: не имея электрического заряда, они беспрепятственно проникают внутрь ядра. (При этом ускорять нейтроны не надо — медленные нейтроны легче проникают в ядра. Нейтроны, оказывается, нужно даже замедлять, и делается это пропусканием нейтронов через обычную воду.) Так, при облучении азота нейтронами протекает следующая реакция:
Итак, ядерные реакции – это превращения атомных ядер при взаимодействии их друг с другом или элементарными частицами (протонами, нейтронами, α-частицами, γ-квантами)
Энергетический выход ядерной реакции
Обсуждая энергию связи, мы видели, что в результате ядерных процессов масса системы частиц не остаётся постоянной. Это, в свою очередь, приводит к тому, что кинетическая энергия продуктов ядерной реакции отличается от кинетической энергии исходных частиц.
Энергетический выход ΔЕ ядерной реакции — это разность энергии связи продуктов реакции и исходных частиц:
Дефект масс Δm находится как разница массы первоначальных ядер и образовавшихся ядер.
Также как в химии, ядерные реакции могут быть двух типов:
а) с выделением энергии (экзотермические), возможны если Δm>0
б) с поглощением энергии (эндотермические), возможны если Δm<0
(! Обратите внимание на нестыковку: в «Термодинамике» считается,
что если Q>0, энергия поглощается, а если Q<0 энергия выделяется)
Из графика зависимости удельной энергии связи от массового числа (см. предыдущий конспект) видно, что с выделением энергии могут происходить следующие типы реакций:
1) радиоактивный распад тяжелых ядер;
2) деление тяжелых ядер;
3) синтез легких ядер.
Именно эти реакции имеют важное практическое значение, и на следующих уроках нам предстоит изучить их более подробно.