Просмотр кода страницы Деление ядра

{{Ядерная физика}}
'''Деле́ние ядра́''' — процесс расщепления [[Атомное ядро|атомного ядра]] на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном [[Альфа-частица|альфа-частицы]]), [[нейтрон]]ы и [[гамма-квант]]ы. Деление бывает [[Спонтанное деление|спонтанным]] (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — [[экзотермическая реакция|экзотермический процесс]], в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в [[Ядерный реактор|ядерных реакторах]] и [[Ядерное оружие|ядерном оружии]].

== Краткая история открытия ==
[[Файл:Otto Hahn und Lise Meitner.jpg|200px|left|thumb|Отто Ган и Лиза Майтнер в лаборатории, [[1925 год]]]]
Почти сразу после открытия [[нейтрон]]а в [[1932 год]]у [[Чедвик, Джеймс|Джеймсом Чедвиком]] начались исследования взаимодействия нейтронов с ядрами. В этом же году в [[США]] [[Лоуренс, Эрнест Орландо|Эрнест Лоуренс]] запустил первый [[циклотрон]], а в [[Англия|Англии]] [[Кокрофт, Джон|Джон Кокрофт]] и [[Уолтон, Эрнест Томас Синтон|Эрнест Уолтон]] построили первый [[Ускоритель заряженных частиц|ускоритель протонов]], способный расщеплять ядра.

В ближайшие годы несколькими учёными — [[Бор, Нильс|Нильсом Бором]], [[Френкель, Яков Ильич|Яковом Френкелем]] и [[Уилер, Джон Арчибальд|Джоном Уилером]] были разработаны важнейшие теоретические модели — [[капельная модель ядра]] и [[составное ядро]], которые вплотную приблизили их к открытию деления. В 1934 году [[Жолио-Кюри, Ирен|Ирен Кюри]] и [[Жолио-Кюри, Фредерик|Фредериком Жолио]] была открыта искусственная [[радиоактивность]], ставшая серьёзным толчком на пути к открытию. В это же время [[Ферми, Энрико|Энрико Ферми]] с сотрудниками подвергали различные [[Химический элемент|элементы]] облучению пучком нейтронов. Среди этих элементов они исследовали и [[Уран (элемент)|уран]] — самый тяжёлый из существующих в природе элементов. Выводы, которые сделал Ферми из своих экспериментов, были сведены им к открытию [[Трансурановые элементы|трансурановых элементов]] и также не привели к разгадке реакции деления, так как дальнейшие результаты экспериментов для Ферми стали непонятными и неожиданными.

Только через 4 года сотрудники [[Общество кайзера Вильгельма|Института химии кайзера Вильгельма]] [[Ган, Отто|Отто Ган]] и [[Штрассман, Фриц|Фриц Штрассман]] открыли процесс деления ядер. Эти учёные решили проверить необъяснимые результаты опытов, которые осуществили в [[Париж]]е Ирен Кюри и [[Савич, Павле|Павел Савич]]<ref name='On the Nature of a Radioactive Element Joliot-Curie'>{{статья
|заглавие=On the Nature of a Radioactive Element with 3.5-Hour Half-Life Produced in the Neutron Irradiation of Uranium
|издание={{Нп3|Comptes rendus de l'Académie des Sciences|Comptes Rendus||Comptes rendus de l'Académie des Sciences}}
|том=208
|номер=906
|страницы=1643
|язык=en
|тип=journal
|автор=[[Жолио-Кюри, Ирен|Irene Joliot-Curie]], and [[Савич, Павле|Павле Савич]]
|год=1938}}</ref>. После облучения урана [[Тепловые нейтроны|медленными нейтронами]] немецкие физики выделили радиоактивный продукт, который выпал в осадок при [[Химическая реакция|химической реакции]] на [[барий]]. Сначала они предположили, что выделенный элемент — [[изотоп]] радия, химически родственного барию, однако дальнейшие исследования привели их к заключению, что выделенный продукт является барием, а не более тяжёлым элементом с аналогичными свойствами. Эта гипотеза, опубликованная в статье «О доказательстве возникновения [[Щёлочноземельные металлы|щёлочноземельных металлов]] при облучении урана нейтронами и их свойствах»<ref name="Hahn">{{статья
|автор = O. Hahn, F. Strassmann
|заглавие = Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1007/BF01488241
|издание = Naturwissenschaften
|год = 1939
|том = 27
|номер = 1
|страницы = 11−15}}</ref>, содержала революционное заключение, что облучение ядра урана ('''Z'''=92) нейтронами может привести к образованию ядра с массой примерно в 2 раза меньше первоначальной (для бария '''Z'''=56).

Вскоре после этого [[Фриш, Отто Роберт|Отто Фриш]] и [[Мейтнер, Лиза|Лиза Мейтнер]] дали физическое объяснение процесса деления ядра урана, о чём Фриш незамедлительно сообщил Бору. Во вскоре опубликованной статье<ref name="Meitner">{{статья
|автор = Lise Meitner, O. R. Frisch
|заглавие = Disintegration of Uranium by Neutrons: a New Type of Nuclear Reaction
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1038/143239a0
|издание = [[Nature]]
|год = 1939
|том = 143
|номер = 3615
|страницы = 239−240
|язык = en
}}</ref> Фриш и Мейтнер впервые употребили термин «деление» ({{lang-en|fission}}), подсказанный Фришу американским [[биолог]]ом [[Арнольд, Джеймс|Арнольдом]].

Тем временем Бор на знаменитой конференции по теоретической физике в [[Вашингтон (округ Колумбия)|Вашингтоне]] 26 января 1939 года сообщил об открытии деления урана. Не дожидаясь конца доклада, физики один за другим стали покидать заседание, чтобы проверить сообщение в своих лабораториях.

Летом 1939 года Бор и Уилер представили статью «Механизм деления ядер»{{sfn|Bohr, Wheeler|1939}}, в которой было дано объяснение механизма деления ядра на основе капельной модели ядра. Эта модель, которая могла бы предсказать деление ядер, начала активно работать при объяснении его механизма<ref name="УФН">{{статья
 |автор        = [[Фриш, Отто Роберт|О. Фриш]], [[Уилер, Джон Арчибальд|Дж. Уилер]]
 |заглавие     = Открытие деления ядер
 |ссылка       = http://ufn.ru/ru/articles/1968/12/d/
 |язык         = ru
 |издание      = [[Успехи физических наук]]
 |год          = 1968
 |том          = 96
 |страницы     = 700—707
 |издательство = [[Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН|Российская академия наук]]
 |archivedate  = 2011-08-27
 |archiveurl   = https://web.archive.org/web/20110827095647/http://ufn.ru/ru/articles/1968/12/d/
}}</ref><ref name="Ку">{{книга
|автор =П.С.Кудрявцев
|часть =
|заглавие =Курс истории физики
|оригинал =
|ссылка =http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st073.shtml
|место =Москва
|издательство =Просвещение
|год =1982
|страницы =73
|isbn =
|archivedate =2009-05-04
|archiveurl =https://web.archive.org/web/20090504210039/http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st073.shtml
}}</ref><ref name="Кеn">{{книга
|автор =I.R.Cameron, [[Университет Нью-Брансуика|University of New Brunswick]]
|часть =
|заглавие =Nuclear fission reactors
|оригинал =
|ссылка =
|место =Canada, New Brunswick
|издательство =Plenum Press
|год =1982
|страницы =
|isbn =}}</ref>{{sfn|Камерон|1987|с=43}}.

== Механизм деления ==
Процесс деления может протекать только в том случае, когда потенциальная энергия начального состояния делящегося ядра превышает сумму масс осколков деления. Поскольку [[энергия связи|удельная энергия связи]] тяжёлых ядер уменьшается с увеличением их массы, это условие выполняется почти для всех ядер с [[массовое число|массовым числом]] <math>A > 90</math>.

Однако, как показывает опыт, даже самые тяжёлые ядра делятся самопроизвольно с очень малой [[вероятность]]ю. Это означает, что существует [[энергетический барьер]] ('''барьер деления'''), препятствующий делению. Для описания процесса деления ядер, включая вычисление барьера деления, используется несколько моделей, но ни одна из них не позволяет объяснить процесс полностью.

=== Описание на основе капельной модели ===
[[Файл:Stdef2.png|100px|left|thumb|Стадии деления ядра-капли]]
[[Файл:Waterdrop.png|300px|thumb|Инерционное движение [[Капля|капли]] [[вода|воды]] на горячей поверхности]]
[[Файл:Dropphysics.jpg|300px|thumb|Фотография делящейся капли воды]]
[[Файл:Stdef.png|300px|thumb|Изменение потенциальной энергии и её составляющих в процессе деления ядра]]
Традиционно механизм деления рассматривается в рамках [[капельная модель ядра|капельной модели ядра]], этот подход восходит к работе Бора и Уилера 1939 года{{sfn|Bohr, Wheeler|1939}}.

Для деления с большой вероятностью тяжёлое ядро должно получить энергию извне, превышающую значение барьера деления. Так, после присоединения нейтрона ядро обладает энергией возбуждения, равной сумме энергии отделения{{sfn|Мухин, т.1 ч.I|1993|с=50}} ([[энергия связи|энергии связи]]{{sfn|Бать и др.|1982|с=65}}{{sfn|Камерон|1987|с=44}}{{sfn|Климов|1985|с=112}}) нейтрона и [[кинетическая энергия|кинетической энергии]] захваченного нейтрона. Этой дополнительной энергии может быть достаточно, чтобы ядро перешло в возбуждённое состояние с интенсивными колебаниями.

Физически аналогичную ситуацию можно получить, если поместить [[капля|каплю]] [[вода|воды]] на горячую горизонтальную поверхность. Если поверхность достаточно горячая, то капля будет плавать на изолирующем слое [[пар]]а, поддерживающем её над поверхностью в свободном состоянии. При этом могут возникнуть колебания формы капли, при которых она примет последовательно [[Шар (стереометрия)|шарообразную]] и [[эллипсоид]]альную форму. Такое колебательное движение представляет собой состояние динамического равновесия между [[Инерция|инерционным]] движением вещества капли и [[Поверхностное натяжение|поверхностным натяжением]], которое стремится поддерживать [[Центральная симметрия|сферически симметричную]] форму капли. Если силы поверхностного натяжения достаточно велики, то процесс вытягивания капли прекратится раньше, чем капля разделится. Если же кинетическая энергия инерционного движения вещества капли окажется большой, то капля может принять гантелеобразную форму и при своём дальнейшем движении разделиться на две части{{sfn|Камерон|1987|с=44}}.

В случае ядра процесс происходит аналогично, только к нему добавляется [[электростатическое отталкивание]] протонов, действующее как дополнительный фактор против [[Сильное взаимодействие|ядерных сил]], удерживающих [[нуклон]]ы в ядре. Если ядро находится в возбуждённом состоянии, то оно совершает колебательные движения, связанные с отклонениями его формы от сферической. Максимальная деформация увеличивается с ростом энергии возбуждения и при некотором её значении может превысить критическое значение, что приведёт к разрыву исходной капли и образованию двух новых. Колебательные движения возможны под действием сил поверхностного натяжения (аналог ядерных сил в капельной модели ядра) и [[Закон Кулона|кулоновских]]. На поясняющем рисунке показано изменение [[потенциальная энергия|потенциальной энергии]] и отдельных её составляющих в процессе деления заряженной капли. Энергия поверхностного натяжения резко возрастает с ростом малых деформаций (состояния '''1'''-'''3''') и остаётся практически неизменной после того, как капля приобретает гантелевидную форму ('''3'''-'''4'''). Энергия кулоновского взаимодействия плавно уменьшается с ростом деформаций практически во всём диапазоне состояний. Ядра, образовавшиеся после деления исходного ядра, разлетаются в противоположные стороны под действием кулоновских сил, и потенциальная энергия превращается в кинетическую ('''4'''-'''5'''). В итоге суммарная потенциальная энергия возрастает до момента деления капли, а затем уменьшается.

Барьер деления <math>W_f</math> равен разности между максимальным значением потенциальной энергии и её значением для исходного состояния, именно он препятствует самопроизвольному делению тяжёлых ядер. Разность между начальным значением потенциальной энергии и её минимальным конечным значением равна '''энергии реакции деления''' <math>Q_f</math>.

Энергетически выгодно деление тяжёлых ядер (<math>Q_f</math> больше нуля почти для всех ядер с <math>A > 90</math>). Значения <math>W_f</math> и <math>Q_f</math> зависят от массового числа ядра. Для ядер с <math>A \approx 100 \div 200</math> барьер деления примерно равен 40—60 [[Электронвольт|МэВ]], с ростом <math>A</math> значение <math>W_f</math> уменьшается и для самых тяжёлых ядер становится равным приблизительно 6 МэВ. Для ядер с <math>A \approx 260</math> барьер деления равен практически нулю, поэтому таких ядер в природе нет. Энергия реакции деления <math>Q_f</math> возрастает с ростом массового числа от отрицательных значений для ядер с <math>A \lesssim 90</math> до около 200 МэВ для ядер с <math>A \approx 230 \div 240</math>. Оценочные значения <math>Q_f</math> и <math>W_f</math> для некоторых ядер:
{| class="standard"
 !A 
 !16 
 !60 
 !100 
 !140 
 !200 
 !236
 |-
 !<math>Q_f</math>, МэВ
 | −14,5
 | −16
 |13,5
 |44 
 |135
 |205
 |-
 !<math>W_f</math>, МэВ
 |18,5 
 |48
 |47
 |62 
 |40
 |6
 |}

Таким образом, для реализации процесса деления с большой вероятностью ядро должно получить извне энергию, превышающую значение барьера деления. Такую энергию можно передать ядру различными способами (облучение [[гамма-квант]]ами, бомбардировка [[Элементарная частица|частицами]] и др.). Из всех возможных способов практическое применение нашёл лишь один — образование возбуждённого [[составное ядро|составного ядра]] путём присоединения к исходному ядру нейтрона, вклад других способов деления в [[ядерный реактор|ядерных реакторах]] (в том числе [[Фотоядерная реакция|фотоделение гамма-квантами]]) составляет меньше 1 %. Деление нейтронами имеет огромное преимущество по сравнению с другими по двум причинам:
* пороговое значение кинетической энергии для нейтрона меньше, чем для гамма-кванта, приблизительно на величину <math>\varepsilon_n</math> (энергия связи нейтрона в составном ядре), что следует из формулы для энергии возбуждения составного ядра;
* деление ядер нейтронами сопровождается испусканием нейтронов, что создаёт основу для протекания [[Цепная ядерная реакция|цепной реакции деления]]{{sfn|Бать и др.|1982|с=62—65}}.

=== Оболочечные поправки. Двугорбый барьер деления ===
Описание на основе капельной модели не в состоянии объяснить некоторые существенные особенности процесса деления, в частности, асимметрию масс осколков{{sfn|Мухин, т.1 ч.II|1993|с=125}}. Кроме того, параметры спонтанно делящихся [[Изомерия атомных ядер|ядерных изомеров]] и характер зависимости сечения реакции деления от энергии вызывающих её нейтронов свидетельствуют о том, что барьер деления тяжёлых ядер имеет не один, а два максимума (двугорбый барьер деления), между которыми находится вторая [[потенциальная яма]]. Упомянутые изомеры (первым из которых был открыт <sup>242m</sup>Am) соответствуют наиболее низкому энергетическому уровню ядра во второй потенциальной яме{{sfn|Bjørnholm, Lynn|1980|pp=730—732}}.

Эти особенности деления получают своё объяснение при учёте [[Теория оболочечного строения ядра|оболочечных поправок]] к энергии, вычисляемой с помощью капельной модели. Соответствующий метод был предложен [[Струтинский, Вилен Митрофанович|Струтинским]] в 1966 году<ref name="Strutinsky">{{статья
|автор = V. M. Strutinsky
|заглавие = Shell effects in nuclear masses and deformation energies
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1016/0375-9474(67)90510-6
|издание = [[Nuclear Physics A]]
|год = 1967
|том = 95
|номер = 2
|страницы = 420−442}}</ref>. Оболочечные эффекты выражаются в увеличении или уменьшении плотности [[Энергетический уровень|уровней энергии]] ядра; они присущи как сферически симметричным, так и деформированным состояниям ядер<ref name="RMP72">{{статья
|автор = M. Brack, Jens Damgaard, A. S. Jensen, et al.
|заглавие = Funny Hills: The Shell-Correction Approach to Nuclear Shell Effects and Its Applications to the Fission Process
|ссылка = http://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.44.320
|издание = [[Reviews of Modern Physics]]
|год = 1972
|том = 44
|номер = 2
|страницы = 320−405}}</ref>. Учёт этих эффектов усложняет зависимость энергии от параметра деформации по сравнению с капельной моделью. Для большинства ядер актиноидов в этой зависимости появляется вторая потенциальная яма, соответствующая сильной деформации ядра. Глубина этой ямы меньше глубины первой ямы (соответствующей основному состоянию ядра) на 2—4 МэВ<ref name="Moeller09">{{статья
|автор = Peter Möller, Arnold J. Sierk, Takatoshi Ichikawa, et al.
|заглавие = Heavy-element fission barriers
|ссылка = http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.79.064304
|издание = [[Physical Review C]]
|год = 2009
|том = 79
|номер = 4
|страницы = 064304}}</ref>.

В общем случае деформация делящегося ядра описывается не одним, а несколькими параметрами. В таком многопараметрическом пространстве ядро может двигаться от начального состояния к точке разрыва различными путями. Такие пути называются модами (или каналами) деления<ref name="Brosa90">{{статья
|автор = Ulrich Brosa, Siegfried Grossmann and Andreas Müller
|заглавие = Nuclear scission
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1016/0370-1573(90)90114-H
|издание = [[Physics Reports]]
|год = 1990
|том = 197
|номер = 4
|страницы = 167−262}}</ref>. Так, в делении <sup>235</sup>U тепловыми нейтронами выделяют три моды<ref name="Brosa99">{{статья
|автор = U. Brosa, H.-H. Knitter, T.-S. Fan, et al.
|заглавие = Systematics of fission-channel probabilities
|ссылка = http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.59.767
|издание = [[Physical Review C]]
|год = 1999
|том = 59
|номер = 2
|страницы = 767−775}}</ref><ref name="Romano">{{статья
|автор = C. Romano, Y. Danon, R. Block, et al.
|заглавие = Fission fragment mass and energy distributions as a function of incident neutron energy measured in a lead slowing-down spectrometer
|ссылка = http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.81.014607
|издание = [[Physical Review C]]
|год = 2010
|том = 81
|номер = 1
|страницы = 014607}}</ref>. Каждая мода деления характеризуется своими значениями асимметрии масс осколков деления и их полной кинетической энергии.

=== Стадии процесса деления ===
[[Файл:Fisst.png|500px|thumb|Условное схематическое изображение стадий процесса деления (r — расстояние между образовавшимися ядрами, t — время протекания стадий)]]
Деление начинается с образования составного ядра. Спустя примерно 10<sup>−14</sup> [[секунда|секунды]] это ядро делится на два осколка, которые, ускоряясь под действием кулоновских сил, разлетаются в противоположные стороны. Ускоренное движение осколков заканчивается спустя 10<sup>−17</sup> с момента их образования. К этому времени они имеют суммарную кинетическую энергию примерно 170 [[Электронвольт|МэВ]] и находятся на расстоянии друг от друга примерно 10<sup>−8</sup> [[Сантиметр|см]], то есть порядка размера атома.

Часть энергии деления переходит в энергию возбуждения осколков деления, которые ведут себя как любые возбуждённые ядра — либо переходят в основные состояния, излучая гамма-кванты, либо испускают нуклоны и превращаются в новые ядра, которые также могут оказаться в возбуждённом состоянии и их поведение будет аналогично поведению ядер, образовавшихся при делении исходного составного ядра.

Испускание ядром нуклона возможно лишь в случае, когда энергия возбуждения превышает энергию связи нуклона в ядре, тогда он испускается с большей вероятностью, чем гамма-квант, так как последний процесс протекает гораздо медленнее ([[электромагнитное взаимодействие]] намного слабее [[Сильное взаимодействие|ядерного]]). Чаще всего испускаемым нуклоном является нейтрон, так как ему не нужно преодолевать кулоновский барьер при вылете из ядра, а для осколков деления это ещё вероятнее, так как они перегружены нейтронами, что приводит к понижению энергии связи последних. Энергия возбуждения осколков деления примерно равна 20 МэВ, что намного больше энергии связи нейтронов в осколках, а следовательно возможно испускание одного или двух нейтронов каждым из осколков спустя 10<sup>−17</sup>−10<sup>−14</sup> секунды с момента их образования. В результате практически мгновенно после деления составного ядра осколки деления испускают два или три нейтрона, которые принято называть '''[[Мгновенные нейтроны|мгновенными]]'''.

Образовавшиеся ядра по-прежнему находятся в возбуждённых состояниях, однако в каждом из них энергия возбуждения меньше энергии связи нейтрона, поэтому остатки энергии возбуждения излучаются в виде гамма-квантов спустя 10<sup>−14</sup>−10<sup>−9</sup> секунды с момента испускания нейтронов, такие гамма-кванты также называются ''мгновенными''.

В дальнейшем движение осколков деления не связано с их превращениями. Так как они увлекают за собой не все [[электрон]]ы исходного атома, из них образуются многозарядные [[ион]]ы, кинетическая энергия которых тратится на [[Ионизация|ионизацию]] и возбуждение [[атом]]ов среды, что вызывает их торможение. В результате ионы превращаются в нейтральные атомы с ядрами в [[Атомное ядро#Уровни ядра|основных энергетических состояниях]]. Такие атомы называются '''продуктами деления'''.

Продукты деления имеют ядра со всё ещё избыточным количеством нейтронов по сравнению со стабильными ядрами в той же области массовых чисел и являются таким образом β<sup>−</sup>-радиоактивными, каждое из них служит началом серии β<sup>−</sup>-превращений, заканчивающихся только при достижении стабильного состояния. Ядра одной серии составляют так называемую ''цепочку распада'', состоящую в среднем из трёх β<sup>−</sup>-переходов, скорость которых зависит от избытка нейтронов, уменьшается по мере приближения к стабильному состоянию и намного меньше рассмотренных выше стадий процесса деления. β<sup>−</sup>-распад сопровождается испусканием [[антинейтрино]].

В результате β<sup>−</sup>-распадов могут образовываться ядра в возбуждённых состояниях, которые переходят в основные состояния путём излучения гамма-квантов либо, крайне редко, превращаются в другие ядра путём испускания нейтронов. Такие нейтроны называются '''[[Запаздывающие нейтроны|запаздывающими]]'''.

В процессе деления возможно образование частиц, не упомянутых выше (например [[Альфа-частица|α-частиц]]), либо осколков деления в количестве, большем двух, однако эти события настолько маловероятны, что на практике обычно не рассматриваются{{sfn|Бать и др.|1982|с=67—69}}{{sfn|Климов|1985|с=113}}.

== Спонтанное деление ==
{{main|Спонтанное деление}}
В некоторых случаях ядро может делиться самопроизвольно, без взаимодействия с другими частицами. Этот процесс называется '''спонтанным делением'''. Спонтанное деление — один из основных видов [[Радиоактивный распад|распада]] сверхтяжёлых ядер.

=== Спонтанное деление ядер в основном состоянии ===
Делению ядер, находящихся в [[Основное состояние|основном состоянии]], препятствует барьер деления.

Из рассмотрения механизма деления следует, что условие большой вероятности деления (соизмеримой с вероятностями других взаимодействий нейтронов с ядром) можно записать в виде:

<math>E^* \ge W_f</math>,

то есть энергия возбуждения составного ядра должна быть не меньше барьера деления этого ядра. Деление возможно и при <math>E^* < W_f</math>, но вероятность такого процесса резко уменьшается с уменьшением энергии возбуждения.

Механизм этого процесса объясняется в рамках [[квантовая механика|квантовой механики]] и аналогичен механизму излучения [[Альфа-частица|α-частицы]], проходящей через [[потенциальный барьер]]. Это так называемый [[туннельный эффект]], из объяснения которого следует, что проницаемость любого энергетического барьера отлична от нуля, хотя и уменьшается с увеличением ширины и высоты барьера.

Вероятность спонтанного деления определяется в первую очередь проницаемостью барьера деления. В первом приближении (в рамках капельной модели) барьер деления уменьшается с ростом параметра деления <math>\frac{Z^2}{A} ,</math> исчезая при <math>\frac{Z^2}{A} \approx 50 .</math>{{sfn|Wagemans|1991|p=36}} Таким образом, вероятность спонтанного деления увеличивается с ростом [[Зарядовое число|заряда ядра]]. Для всех существующих в природе ядер вероятность и соответственно скорость спонтанного деления очень малы. Лишь для самых тяжёлых из них <math>(Z \ge 90)</math> скорости увеличиваются настолько, что могут быть определены экспериментально. Например для [[Уран-238|<sup>238</sup>U]] и [[Плутоний-239|<sup>239</sup>Pu]] [[период полураспада]] для спонтанного деления <math>T_{1/2} (SF)</math> имеет порядок величины 10<sup>16</sup> лет, а для [[Уран-235|<sup>235</sup>U]] ещё больше.

{| class="standard"
 !Ядро
 !<math>T_{1/2} (SF)</math>,<br>лет<ref name="Holden2000">{{статья
|автор = Norman E. Holden and Darleane C. Hoffman
|заглавие = Spontaneous fission half-lives for ground-state nuclide (Technical report)
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1351/pac200072081525
|издание = [[Pure and Applied Chemistry]]
|год = 2000
|том = 72
|номер = 8
|страницы = 1525−1562}}</ref>
 !<math>T_{1/2}</math>,<br>лет<ref name="Nudat">{{Cite web |url=http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ |title=Nudat 2.5 |access-date=2010-06-13 |archive-date=2012-05-11 |archive-url=https://www.webcitation.org/67ZRj3R8R?url=http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ |deadlink=no }}</ref>
 ! Доля спонтанного<br>деления, % <ref name="Nudat" />
 |-
 |[[Уран-235|<sup>235</sup>U]]  
 |(1,0 ± 0,3){{e|19}}
 |(7,04 ± 0,01){{e|8}}
 |7{{e|−9}}
 |-
 |[[Уран-238|<sup>238</sup>U]]  
 |(8,2 ± 0,1){{e|15}}
 |(4,468 ± 0,003){{e|9}}
 |5,5{{e|−5}}
 |-
 |[[Плутоний-239|<sup>239</sup>Pu]] 
 |(8 ± 2){{e|15}}
 |(2,411 ± 0,003){{e|4}}
 |3{{e|−10}}
 |-
 |[[Плутоний-240|<sup>240</sup>Pu]] 
 |(1,151 ± 0,04){{e|9}}
 |(6,564 ± 0,011){{e|3}}
 |5.7{{e|−6}}
 |-
 |[[Кюрий-246|<sup>246</sup>Cm]]
 |(1,82 ± 0,02){{e|7}}
 |4760 ± 40
 |2,62{{e|-2}}
 |-
 |[[Калифорний-252|<sup>252</sup>Cf]]
 |86 ± 1
 |2,645 ± 0,008
 |3,09
 |-
 |[[Калифорний-254|<sup>254</sup>Cf]]
 |60,7 дней ± 0,2
 |60,5 дней ± 0,2 
 |99,7
 |}

Из таблицы видно, что интенсивность спонтанного деления очень резко возрастает с ростом массы ядра.
Спонтанные деления имеют заметное значение как фоновый источник нейтронов в реакторах, содержащих большие количества <sup>238</sup>U, и в реакторах, в которых накапливается заметное количество трансуранов, например, в [[Реактор на быстрых нейтронах|реакторах на быстрых нейтронах]]{{sfn|Камерон|1987|с=44—46}}{{sfn|Бать и др.|1982|с=65—66}}. Для изучения свойств спонтанного деления зачастую используются более тяжёлые нуклиды, в первую очередь <sup>252</sup>Cf. В спонтанном делении нуклидов с <math>Z = 100 \div 102</math>, в отличие от более лёгких ядер, превалирует симметричная мода (с примерно равными массами осколков деления)<ref name="Hulet90">{{статья
|автор = E. K. Hulet
|заглавие = Spontaneous fission in the heavy elements
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1007/BF02039454
|издание = Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry
|год = 1990
|том = 142
|номер = 1
|страницы = 79−99}}</ref>.

=== Изомеры формы ===
Для некоторых нуклидов с зарядовым числом от 92 до 97 (от [[Уран (элемент)|урана]] до [[Берклий|берклия]]) обнаружены возбуждённые состояния с малым периодом полураспада по спонтанному делению. Вероятность спонтанного деления для этих состояний в среднем в 10<sup>26</sup> раз превосходит вероятность спонтанного деления для основных состояний соответствующих ядер. Эти состояния соответствуют нижнему уровню энергии ядра во второй потенциальной яме. Они характеризуются высокой степенью деформации и называются '''изомерами формы'''{{sfn|Мухин, т.1 ч.II|1993|с=157−163}}.

Высокая вероятность спонтанного деления изомеров формы объясняется значительно меньшей шириной барьера деления — делению из второй потенциальной ямы препятствует только внешний пик барьера деления. В свою очередь, внутренний пик препятствует гамма-переходу в основное состояние ядра. Поэтому основной модой распада изомеров формы является спонтанное деление — эти изомеры известны у 35 нуклидов [[Актиноиды|актиноидов]] (включая обнаруженный в [[1994 год]]у '''<sup>233m</sup>Th'''), и лишь для двух из них ('''<sup>236m</sup>U''' и '''<sup>238m</sup>U''') наблюдается изомерный гамма-переход{{sfn|Singh et al.|2002|p=248}}.

Энергия изомеров формы составляет от 2 до 4 МэВ, соответствуя минимуму энергии во второй потенциальной яме. Периоды полураспада — от наносекунд до миллисекунд. Наибольший период полураспада — 14 мс — наблюдается у <sup>242m</sup>Am, открытого первым из изомеров формы{{sfn|Мухин, т.1 ч.II|1993|с=158, 163}}{{sfn|Bjørnholm, Lynn|1980|pp=778−787}}{{sfn|Singh et al.|2002|pp=248, 523−553}}<ref name="Metag">{{статья
|автор = V. Metag, D. Habs and H. J. Specht
|заглавие = Spectroscopic properties of fission isomers
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1016/0370-1573(80)90006-X
|издание = [[Physics Reports]]
|год = 1980
|том = 65
|номер = 1
|страницы = 1−41}}</ref>.

== Делящиеся нуклиды ==
[[Файл:Nuclear fission.svg|150px|thumb|Деление [[Уран-235|урана-235]], инициированное захватом нейтрона]]
Как следует из теории [[составное ядро|составного ядра]], минимальное значение энергии составного ядра <math>E^*</math> равно энергии связи нейтрона в этом ядре <math>\varepsilon_n</math>, которая существенно зависит от чётности числа нейтронов в ядре: энергия связи чётного нейтрона гораздо больше энергии связи нечётного при приблизительно равных массовых числах ядра. Сравним значения барьера деления для тяжёлых ядер и энергии связи нейтрона в тяжёлых ядрах (наиболее важных с практической точки зрения):

{| class="standard"
 !Ядро
 !<math>W_f</math>, МэВ
 !Ядро 
 !<math>\varepsilon_n</math>, МэВ
 |-
 |[[Торий-232|<sup>232</sup>Th]]
 |5,9 
 |[[Торий-233|<sup>233</sup>Th]]
 |4,79
 |-
 |[[Уран-233|<sup>233</sup>U]]
 |5,5 
 |[[Уран-234|<sup>234</sup>U]] 
 |6,84
 |-
 |[[Уран-235|<sup>235</sup>U]]  
 |5,75 
 |[[Уран-236|<sup>236</sup>U]]  
 |6,55
 |-
 |[[Уран-238|<sup>238</sup>U]]  
 |5,85 
 |[[Уран-239|<sup>239</sup>U]] 
 |4,80
 |-
 |[[Плутоний-239|<sup>239</sup>Pu]] 
 |5,5 
 |[[Плутоний-240|<sup>240</sup>Pu]]
 |6,53
 |}

В таблице для энергии связи приведены ядра, образующиеся путём присоединения нейтрона к ядрам из таблицы для порога деления, однако величина барьера деления слабо зависит от массового числа и состава ядра, поэтому такое качественное сравнение допустимо.

Сравнение величин из этих таблиц показывает что для разных ядер:
* <math>\varepsilon_n > W_f</math>, это означает, что деление возможно нейтронами с любой сколь угодно малой кинетической энергией. К этой группе относятся ядра с нечётным числом нейтронов (присоединяемый нейтрон — чётный): <sup>233</sup>U, <sup>235</sup>U, <sup>239</sup>Pu, которые принято называть '''делящимися''';
* <math>\varepsilon_n < W_f</math>, это означает, что деление возможно лишь нейтронами с кинетической энергией, превышающей некое пороговое значение. К этой группе относятся ядра с чётным числом нейтронов (присоединяемый нейтрон — нечётный): <sup>232</sup>Th, <sup>238</sup>U, которые называют '''пороговыми'''. Значение пороговых энергий примерно равны {{nobr|1,2 МэВ}} для <sup>232</sup>Th и {{nobr|1 МэВ}} для <sup>238</sup>U.

Для других, не указанных в таблице, ядер ситуация аналогичная — ядра с нечётным числом нейтронов делящиеся, с чётным — пороговые. Пороговые ядра не могут служить основой [[Цепная ядерная реакция|цепной ядерной реакции деления]].

Из пяти рассмотренных выше ядер только три имеются в природе: <sup>232</sup>Th, <sup>235</sup>U, <sup>238</sup>U. Природный уран содержит примерно 99,3 % <sup>238</sup>U и лишь 0,7 % <sup>235</sup>U. Другие делящиеся ядра, <sup>233</sup>U и <sup>239</sup>Pu, могут быть получены искусственным путём. Практические способы их получения основаны на использовании пороговых ядер <sup>232</sup>Th и <sup>238</sup>U по следующим схемам:

<math>{}^{232}_{90}\textrm{Th} + {}^{1}_{0}\textrm{n} \xrightarrow {}^{233}_{90}\textrm{Th} \xrightarrow[\text{22 мин}]{\beta^-} {}^{233}_{91}\textrm{Pa} \xrightarrow[\text{27,4 суток}]{\beta^-} {}^{233}_{92}\textrm{U} \xrightarrow[1{,}6\cdot 10^5 \text{лет}]{\alpha} </math>

<math>{}^{238}_{92}\textrm{U} + {}^{1}_{0}\textrm{n} \xrightarrow {}^{239}_{92}\textrm{U} \xrightarrow[\text{23,5 мин}]{\beta^-} {}^{239}_{93}\textrm{Np} \xrightarrow[\text{2,3 суток}]{\beta^-} {}^{239}_{94}\textrm{Pu} \xrightarrow[2{,}4\cdot 10^4 \text{лет}]{\alpha} </math>

В обоих случаях процесс радиационного захвата приводит к образованию [[Радиоактивный распад|радиоактивных]] ядер. После двух последовательных [[Бета-распад|β<sup>−</sup>-распадов]] образуются делящиеся нуклиды. Промежуточные ядра имеют достаточно малые периоды полураспада, что позволяет использовать эти способы на практике. Образовавшиеся делящиеся ядра также радиоактивны, но их периоды полураспада настолько велики, что ядра можно рассматривать как стабильные при использовании в ядерных реакторах.

В связи с возможностью получения делящихся ядер из пороговых, встречающихся в природе, <sup>232</sup>Th и <sup>238</sup>U, последние принято называть '''воспроизводящими'''. Современные знания о нуклидах позволяют предполагать, что будущее [[ядерная энергетика|ядерной энергетики]] связано именно с превращением воспроизводящих материалов в делящиеся{{sfn|Бать и др.|1982|с=66—67}}{{sfn|Климов|1985|с=111—113}}.

== Энергия деления ==
При делении тяжёлого ядра выделяется примерно 200 МэВ и более 80 % этой энергии составляет кинетическая энергия осколков деления. Остальная часть распределяется между нейтронами, гамма-квантами, β<sup>−</sup>-частицами и антинейтрино. При этом соотношение между отдельными составляющими энергии деления слабо зависит от делящегося ядра и от энергии нейтрона, вызывающего процесс деления.

Превращающаяся в [[Тепловая энергия|тепло]] энергия на один акт деления (200 МэВ), в перерасчёте на 1 [[Грамм|г]] прореагировавшего <sup>235</sup>U даёт:

5{{e|23}}МэВ = 1,94{{e|10}}[[Калория|кал]] = 8,1{{e|10}}[[Джоуль|Дж]] = 22,5 [[Ватт|МВт]]·ч ≈ 1 МВт·сут

Интересно, что около 5 % всей энергии деления уносится с антинейтрино и не может быть использовано.

Энергия осколков деления, мгновенных гамма-квантов и нейтронов превращается в тепло практически мгновенно. Энергия β<sup>−</sup>-распада, составляющая примерно 7 % всей энергии деления, выделяется постепенно в течение длительного времени, так как β<sup>−</sup>-распады происходят значительно позже момента деления ядра. Это запаздывание приводит к так называемому [[Остаточное тепловыделение|остаточному энерговыделению]] в остановленном [[Ядерный реактор|ядерном реакторе]], которое (в случае его работы на большой мощности) после остановки настолько велико, что необходимо принимать меры для охлаждения реактора. Причём вначале остаточное энерговыделение уменьшается довольно быстро: треть за 1 минуту, 60 % — за 1 час, около 75 % — за 1 сутки. Затем энергия выделяется всё медленнее, вследствие чего отработавшее в реакторе [[ядерное топливо]] обладает настолько большой [[радиоактивность]]ю и, соответственно, остаточным энерговыделением, что требует длительной (по нескольку лет) выдержки в специальных бассейнах с охлаждением{{sfn|Бать и др.|1982|с=69—70}}{{sfn|Климов|1985|с=114—115}}.

Распределение энергии деления, МэВ:

{| class="standard"
 !Ядро 
 !Кинетическая энергия осколков
 !Энергия мгновенных гамма-квантов
 !Энергия запаздывающих гамма-квантов
 !Энергия нейтронов 
 !Энергия бета-частиц 
 !Энергия антинейтрино
 !Суммарная энергия
 |- align="center" |
 ![[Уран-233|<sup>233</sup>U]]
 | 160,5
 | 7,0
 | 7,0
 | 5,0
 | 9,0
 | 10
 | 198,5
 |- align="center" |
 ![[Уран-235|<sup>235</sup>U]]
 | 166,0
 | 7,2
 | 7,2
 | 4,9
 | 9,0
 | 10
 | 204,1
 |- align="center" |
 ![[Плутоний-239|<sup>239</sup>Pu]]
 | 171,5 
 | 7,0
 | 7,0
 | 5,8
 | 9,0
 | 10
 | 210,3
 |}

== Продукты деления ==

=== Осколочные ядра ===
[[Файл:Uranium-235 fission products yields log scale.png|thumb|Распределение атомных масс осколков деления <sup>235</sup>U в зависимости от энергии нейтрона, вызвавшего деление]]
::''Основная статья:'' {{нп3|Nuclear fission product}}
::''Основная статья:'' {{нп3|Fission product yield}}
Подавляющее большинство реакций деления заканчивается образованием двух ядер. Небольшую долю, 0,2..0,4 % делений составляют [[Тройное деление ядер|тройные деления]], в результате которых образуется три атомных ядра, при этом третье ядро легкое, такое как [[гелий]]-4 (90 % тройных делений) или [[тритий]] (7 %).

[[Файл:ThermalFissionYield.svg|thumb|Массовое распределение осколков деления тепловыми нейтронами для некоторых изотопов]]
При делении [[Уран-235|<sup>235</sup>U]] [[Тепловые нейтроны|тепловыми нейтронами]] образуется около 30 различных пар осколков, преимущественно неравной массы. Самый лёгкий из них имеет [[массовое число]] 72, самый тяжёлый — 161. Наиболее вероятно деление на осколки с отношением масс 3/2. ''Выход'' таких осколков достигает примерно 6 %, в то время как осколков с равными массами — примерно 10<sup>−2</sup> %. Такой характер распределения осколков по массам наблюдается для всех делящихся нуклидов как при спонтанном делении, так и при делении возбуждённых составных ядер независимо от вида частиц, бомбардирующих исходные ядра. Кривые выхода осколков деления слабо различаются для разных делящихся ядер, это говорит о том, что асимметрия в распределении осколков присуща самому механизму деления ядер.

Такая асимметричность деления осколков противоречит предсказаниям [[капельная модель ядра|капельной модели ядра]], так как бесструктурная капля с наибольшей вероятностью должна делиться как раз на две равные части. Деление на неравные части объясняется в рамках [[Теория оболочечного строения ядра|оболочечной модели ядра]] как результат преимущественного образования ядер с заполненными оболочками, содержащими 50 и 82 нейтронов ([[Магические числа (физика)|магические числа]]). Однако асимметрия деления уменьшается при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра и при больших её значениях исчезает. Например, в случае деления <sup>235</sup>U тепловыми нейтронами вероятность симметричного деления составляет примерно 0,01 %, нейтронами с энергией 14 МэВ около 1 %, а при энергии нейтрона более 100 МэВ распределение осколков деления по массам имеет один максимум, соответствующий симметричному делению ядра. Такая тенденция находится в согласии с представлением о применимости ядерных моделей{{sfn|Бать и др.|1982|с=70—71}}{{sfn|Климов|1985|с=114—118}}.

Поскольку тяжелые ядра имеют избыток нейтронов, то и их осколки нейтронно-избыточны. Это значит, что осколки деления нестабильны и испытывают преимущественно [[Бета-распад|β<sup>−</sup>-распад]]. Массовое число не изменяется в процессе β<sup>−</sup>-превращений, поэтому можно считать, что массовое распределение осколков практически не изменится, изменится только химический состав.

Состав продуктов деления в общем случае постоянно изменяется, однако если процесс деления продолжается достаточно долго с постоянной скоростью, то в большинстве цепочек β<sup>−</sup>-распада достигается равновесие, и химический состав продуктов деления становится неизменным. Каждый элемент при этом представлен многими изотопами из разных цепочек. В состоянии равновесия из всех продуктов деления примерно:
* 25 % — [[редкоземельные элементы]],
* 15 % — [[цирконий]],
* 12 % — [[молибден]],
* 6,5 % — [[цезий]],
* 16 % — [[Инертные газы|благородные газы]] ([[ксенон]] и [[криптон]]).

Количество продуктов деления примерно в 2 раза превышает количество разделившихся ядер. Так как размеры всех атомов приблизительно одинаковы, то продукты деления занимают больший объём, чем атомы делящегося материала, что приводит к радиационному распуханию ядерного топлива, то есть образование в нём пор, заполненных газообразными продуктами деления, или рост его объёма{{sfn|Бать и др.|1982|с=73—75}}{{sfn|Климов|1985|с=116—117}}.

Приведенные в разделе данные верны только в случае одиночных делений. Если деление идет в ядерном реакторе или в другом интенсивном источнике нейтронов, то принцип распределения продуктов деления будет нарушаться захватами нейтронов.

=== Нейтроны ===
[[Файл:Promtnet.png|thumb|400px|Зависимость среднего числа нейтронов, испускаемых при делении от энергии нейтронов, вызывающих деление для различных ядер]]
Испускание нейтронов осколками деления — одна из важнейших особенностей процесса деления тяжёлых ядер. Именно она позволяет создать, при определённых условиях, [[Цепная ядерная реакция|цепную реакцию деления]]. А наличие запаздывающих нейтронов позволяет сделать эту цепную реакцию управляемой.

==== Мгновенные нейтроны ====
{{main|Мгновенные нейтроны}}
Это [[нейтрон]]ы, испускаемые осколками деления практически мгновенно после деления [[составное ядро|составного ядра]], в отличие от запаздывающих нейтронов, испускаемых продуктами деления через некоторое время после этого. Количество нейтронов, испускаемых в одном акте деления — [[случайная величина]], распределённая примерно по [[Теорема Гаусса|закону Гаусса]] около среднего значения (2-3 нейтрона на одно делящееся [[атомное ядро|ядро]]). Мгновенные нейтроны составляют более 99 % нейтронов деления.

Среднее число нейтронов <math>\nu_{f}^{i}</math>, образующихся при делении, зависит от сорта ядра-мишени и энергии налетающего нейтрона. Наблюдается заметный рост <math>\nu_{f}^{i}</math> при увеличении энергии возбуждения делящегося ядра. Экспериментальные данные хорошо описываются линейной зависимостью вида{{sfn|Бать и др.|1982|с=72—73}}{{sfn|Климов|1985|с=118—119}}:

: <math>\nu_{f}^{i}(E) = \nu_{f0}^{i} + E_n \frac{d\nu_{f}^{i}}{dE} </math>,

где <math>\nu_{f0}^{i}</math> — значение <math>\nu_{f}^{i}</math> для E=0,025 эВ.

==== Запаздывающие нейтроны ====
{{main|Запаздывающие нейтроны}}
Это нейтроны, испускаемые продуктами деления через некоторое время (от нескольких [[секунда|миллисекунд]] до нескольких минут) после реакции деления тяжёлых ядер, в отличие от мгновенных нейтронов, испускаемых практически мгновенно после деления составного ядра.

В очень редких случаях в цепочке β<sup>−</sup>-превращений образуется ядро с энергией возбуждения, превышающей энергию связи нейтрона в этом ядре. Такие ядра могут испускать нейтроны, которые называются запаздывающими. Испускание запаздывающего нейтрона конкурирует с гамма-излучением, однако в случае перегруженности ядра нейтронами более вероятно будет испускание нейтрона.

Несмотря на малый ''выход'', запаздывающие нейтроны играют огромную роль в ядерных реакторах. Благодаря большому запаздыванию, эти нейтроны существенно, примерно на два порядка и более, увеличивают время жизни нейтронов одного поколения в ядерном реакторе и тем самым создают возможность управления самоподдерживающейся цепной реакцией деления.

Ядро, образовавшееся при испускании запаздывающего нейтрона, может находиться либо в основном, либо в возбуждённом состоянии. В последнем случае возбуждение снимается гамма-излучением{{sfn|Бать и др.|1982|с=75—77}}{{sfn|Климов|1985|с=119—120}}.

== Применение ==
Деление ядер — мощный источник энергии, которое [[человечество]] использует в больших масштабах уже более 50 лет. Применение свойства деления, которое заключается в том, что при определённых условиях [[цепная ядерная реакция|реакция деления может быть цепной]], привело к созданию [[ядерный реактор|ядерных реакторов]], использующих управляемую цепную реакцию для различных целей, и [[Ядерное оружие|ядерного оружия]], использующего неуправляемую цепную реакцию. Наряду с [[Термоядерное оружие|термоядерным]], ядерное оружие является самым разрушительным видом [[Оружие|вооружений]]. Крупнейшими [[Международные организации|международными организациями]] в области использования атомной энергии являются [[Международное агентство по атомной энергии|МАГАТЭ]] и [[Всемирная ассоциация операторов атомных электростанций|ВАО АЭС]].

=== Ядерные реакторы ===
{{main|Ядерный реактор|Ядерное топливо}}
{{Также|Ядерная энергетика|Атомная электростанция}}
[[Файл:Shippingport LOC 135430pu.jpg|thumb|300px|Монтаж одного из первых энергетических реакторов, весьма маломощного по современным меркам (60 МВт). [[АЭС Шиппингпорт|Shippingport NPP]], [[США]], [[1956 год]]]]

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется [[Управляемая цепная реакция|управляемая цепная]] [[ядерная реакция]], сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор в мире, «[[Чикагская поленница-1|Чикагскую поленницу-1]]» ({{lang-en|Chicago Pile-1}}), запустили под трибунами университетского стадиона в [[1942 год]]у сотрудники [[Чикагский университет|Чикагского университета]] под руководством [[Энрико Ферми]], в рамках [[Манхэттенский проект|проекта Манхэттен]] по разработке ядерного оружия<ref>{{статья
  |автор=[[Ферми, Энрико|E.Fermi]]
  |заглавие=The Development of the first chain reaction pile
  |ссылка=https://www.jstor.org/pss/3301034
  |издание=Proceedings of the American Philosophy Society
  |тип=
  |место=
  |год=1946
  | lang          = en
  |выпуск=90}}</ref>. Спустя 4 года в [[Лаборатория № 2 АН СССР|Лаборатории № 2]] [[Академия наук СССР|Академии наук СССР]] по руководством [[Курчатов, Игорь Васильевич|Курчатова]] [[Создание советской атомной бомбы|с теми же целями]] был пущен первый в Европе [[Ф-1 (реактор)|реактор Ф1]]<ref>{{статья
|автор=Ларин Иван Иванович
|заглавие=Реактор Ф-1 был и остаётся первым
|ссылка=http://www.nkj.ru/archive/articles/11381/
|издание=[[Наука и жизнь]]
|тип=
|место={{М}}
|год=2007
|выпуск=8
|язык=ru
|archivedate=2021-04-19
|archiveurl=https://web.archive.org/web/20210419160618/https://www.nkj.ru/archive/articles/11381/
}}</ref>. [[Обнинская АЭС|Первая в мире атомная электростанция в Обнинске]] с энергетическим реактором [[АМ-1]] была запущена [[1954 год]]у<ref>{{cite web| author       =| date       =| url       =http://museum.rosenergoatom.ru/rus/chronicle/1953-1991/index.wbp?year=ed885da4-51e9-4e5a-9859-0c9eb0ff6168| title       =Музей атомной энергетики| work       =| publisher       =[[Росэнергоатом|ОАО «Концерн Росэнергоатом»]]| accessdate       =2010-05-31| deadlink       =404| archiveurl       =https://web.archive.org/web/20071202182220/http://museum.rosenergoatom.ru/rus/chronicle/1953-1991/index.wbp?year=ed885da4-51e9-4e5a-9859-0c9eb0ff6168| archivedate       =2007-12-02}}</ref>.

Ядерные реакторы — весьма разнообразные по конструкции и областям применения устройства. По характеру использования реакторы можно условно разделить на:
* исследовательские (экспериментальные) реакторы, диапазон применения которых весьма широк: например реакторы, в которых потоки [[нейтрон]]ов и [[гамма-квант]]ов, создаваемые в [[Активная зона|активной зоне]], используются для исследований и физических экспериментов в области [[ядерная физика|ядерной физики]], [[физика твёрдого тела|физики твёрдого тела]], [[Радиохимия|радиационной химии]], [[Биология|биологии]], для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в том числе материалов ядерных реакторов), для производства изотопов;
* изотопные (оружейные, промышленные) реакторы, используемые для наработки [[изотоп]]ов, используемых в ядерных вооружениях, например [[Плутоний-239|<sup>239</sup>Pu]], к ним относят реакторы-конвертеры и [[Реактор-размножитель|реакторы-размножители]];
* [[Ядерный энергетический реактор|энергетические реакторы]], предназначенные для получения [[Электроэнергия|электрической]] и тепловой энергии, используемой в [[энергетика|энергетике]], а также для [[Опреснение воды|опреснения воды]];
* транспортные реакторы для привода силовых установок [[Судно|кораблей]] и [[Атомная подводная лодка|подводных лодок]]{{sfn|Камерон|1987|с=172}}{{sfn|Климов|1985|с=309—338}}.
[[Файл:DampierreNuclearPowerPlant-2.JPG|thumb|300px|[[АЭС]] с 4 [[энергоблок]]ами во Франции, [[АЭС Дампьер|Dampierre NPP]]]]
Такое разделение является довольно условным, так как применение реакторов часто не ограничивается лишь одной функцией. Самыми разнообразными и узкоспециализированными являются исследовательские реакторы, что обусловлено широким спектром решаемых ими задач{{sfn|Климов|1985|с=333—337}}. Энергетические реакторы кроме своих основных функций могут выполнять и другие, например энергетический реактор первой АЭС в Обнинске в основном предназначался для экспериментов, а [[Реактор на быстрых нейтронах|реакторы на быстрых нейтронах]] могут быть одновременно и энергетическими, и нарабатывать изотопы, которые возможно в дальнейшем использовать в качестве топлива или сырья для оружия. Оружейные реакторы кроме своей основной задачи часто снабжают свои рабочие посёлки теплом и электроэнергией<ref>{{статья
  |автор=Александр Емельяненков
  |заглавие=День Сурка по-красноярски
  |ссылка=http://www.rg.ru/2010/04/15/plutonii-site.html
  |издание=[[Российская газета]]
  |тип=
  |место=
  |год=2010
  |выпуск=81
  |archivedate=2010-05-29
  |archiveurl=https://web.archive.org/web/20100529172921/http://www.rg.ru/2010/04/15/plutonii-site.html
  }}</ref>.

История [[ядерная энергетика|ядерной энергетики]] охватывает период более полувека, и за это время она уже стала традиционной отраслью [[энергетика|энергетики]], в настоящее время доля выработки электроэнергии на [[АЭС]] во многих странах достигает довольно больших значений. [[Атомная энергетика по странам|Сейчас в мире]] насчитывается 433 энергетических реактора общей мощностью 366,590 [[Ватт|ГВт]] и 65 в стадии сооружения<ref>{{cite web
 |author      = 
 |date        = 
 |url         = http://www.iaea.or.at/programmes/a2/
 |title       = Latest news related to PRIS and the status of Nuclear Power Plants
 |work        = Power Reactor Information System
 |publisher   = [[IAEA]]
 |accessdate  = 2011-05-25
 |lang        = en
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/618uDfajG?url=http://www.iaea.or.at/programmes/a2/
 |archivedate = 2011-08-23
}}</ref>. Мировым лидером по установленной мощности АЭС является США (около 100 млн [[Ватт|кВт]]) и Франция (примерно 63 млн кВт), по доле выработки электроэнергии на АЭС первенствует Франция, США же занимает лишь 18-е место. Пятёрка стран по мощности и доле выработки<ref>{{cite web
 |url         = http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html
 |title       = World Nuclear Power Reactors & Uranium Requirements
 |author      = 
 |date        = 2010-12-01
 |work        = 
 |publisher   = [[Всемирная ядерная ассоциация|World Nuclear Association]]
 |accessdate  = 2010-12-10
 |lang        = en
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/651qIXANf?url=http://www.world-nuclear.org/info/reactors.html
 |archivedate = 2012-01-28
}}</ref>:

{|
|-
!Страны||Установленная мощность, млн [[Ватт|кВт]]||Страны||Доля выработки электроэнергии на АЭС,%
|-
|{{Флаг США}} [[Атомная энергетика США|США]]|| align="center" | 101,2 ||{{Флаг Франции}} [[Атомная энергетика Франции|Франция]]|| align="center" | 74,1
|-
|{{Флаг Франции}} [[Атомная энергетика Франции|Франция]]|| align="center" | 63,1 ||{{Флаг Словакии}} [[Атомная энергетика Словакии|Словакия]]|| align="center" | 51,8
|-
|{{Флаг Японии}} [[Атомная энергетика Японии|Япония]]|| align="center" | 44,1 ||{{Флаг Бельгии}} [[Атомная энергетика Бельгии|Бельгия]]|| align="center" | 51,2
|-
|{{Флаг России}} [[Атомная энергетика России|Россия]]|| align="center" | 22,7 ||{{Флаг Украины}} [[Атомная энергетика Украины|Украина]]|| align="center" | 48,1
|-
|{{Флаг Южной Кореи}} [[Атомная энергетика Южной Кореи|Ю.Корея]]|| align="center" | 20,5 ||{{Флаг Венгрии}} [[Атомная энергетика Венгрии|Венгрия]]|| align="center" | 42,1
|}

=== Ядерное оружие ===
{{main|Ядерное оружие}}
{{Также|Ядерный взрыв}}
[[Файл:Nagasakibomb.jpg|thumb|300px|Трагедия Нагасаки, [[1945 год]]]]
Ядерное оружие — [[оружие массового поражения]] взрывного действия, основанного на использовании ядерной энергии, освобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер. Это мощнейший вид оружия, созданный человеком, уступающий по силе взрыва лишь [[Термоядерное оружие|термоядерному оружию]] и обладающий множеством [[Поражающие факторы ядерного взрыва|поражающих факторов]].

Разработкой ядерного оружия [[Немецкая ядерная программа накануне Второй мировой войны|активно занимался Третий Рейх]], однако несмотря на серьёзные успехи, ему не удалось завершить работы в этом направлении. Первое испытание ядерного оружия ([[Тринити (испытание)|испытание Тринити]]) было осуществлено в [[1945 год]]у в штате [[Нью-Мексико]], США<ref>{{cite web
 |author      = 
 |url         = http://www.cfo.doe.gov/me70/manhattan/trinity.htm
 |title       = The Trinity Test
 |work        = The Manhattan Project (An Interactive History)
 |publisher   = [[Министерство энергетики США|US Department of Energy]]
 |accessdate  = 2010-05-31
 |lang        = en
 |deadlink    = 404
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20060929115925/http://www.cfo.doe.gov/me70/manhattan/trinity.htm
 |archivedate = 2006-09-29
}}</ref>. В этом же году [[Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки|единственный раз в истории оно было применено]], на японские города [[Хиросима]] ([[6 августа]]) и [[Нагасаки]] ([[9 августа]]) [[Вооружённые силы США|американскими войсками]] были сброшены бомбы [[Малыш (бомба)|Малыш]] и [[Толстяк (бомба)|Толстяк]].

Несмотря на то, что ядерное оружие было применено лишь один раз, его существование, обычно подтверждаемое проведением страной-обладателем [[Ядерное испытание|ядерных испытаний]], имеет огромное политическое и военное значение. Страны — обладатели ядерного оружия входят в неофициальный [[ядерный клуб]], а лидеры по этому виду вооружений, Россия и США со времён [[Холодная война|холодной войны]] придерживаются доктрины [[Ядерный паритет|ядерного паритета]], при этом направляя политические усилия на [[Договор о нераспространении ядерного оружия|нераспространение ядерного оружия]]. Пятёрка стран, имеющих на вооружении наибольшее количество ядерных [[Боеголовка|боеголовок]]<ref>{{cite web
 |author      = 
 |url         = http://www.fas.org/programs/ssp/nukes/nuclearweapons/nukestatus.html
 |title       = Status of World Nuclear Forces
 |work        = 
 |publisher   = [[Федерация американских учёных|Federation of American Scientists]]
 |accessdate  = 2010-05-31
 |lang        = en
 |archiveurl  = https://www.webcitation.org/651qJO10c?url=http://www.fas.org/programs/ssp/nukes/nuclearweapons/nukestatus.html
 |archivedate = 2012-01-28
}}</ref>:

{|
|-
!Страны
|-
|{{Флаг России}} [[Стратегические ядерные силы Российской Федерации|Россия]]
|-
|{{Флаг США}} [[Ядерный арсенал США|США]]
|-
|{{Флаг Франции}} [[Ядерное оружие Франции|Франция]]
|-
|{{Флаг Китая}} [[Ядерное оружие Китая|Китай]]
|-
|{{Флаг Великобритании}} [[Ядерное оружие Великобритании|Великобритания]]
|}

Интересно то, что [[Ядерный взрыв|ядерные взрывы]] многократно [[Мирные ядерные взрывы в СССР|использовались и в мирных целях]], в основном для отработки или, наоборот, интенсификации [[Месторождение природного газа|газовых]] и [[Нефтяное месторождение|нефтяных]] месторождений, для чего разрабатывались специальные промышленные ядерные заряды<ref>{{cite web| author       =| date       =| url       =http://www.vniitf.ru/industrial.phtml| title       =Промышленное использование энергии ядерного взрыва| work       =Мирные взрывы| publisher       =[[РФЯЦ-ВНИИТФ]]| accessdate       =2010-05-31| deadlink       =404| archiveurl       =https://web.archive.org/web/20070519145837/http://www.vniitf.ru/industrial.phtml| archivedate       =2007-05-19}}</ref>.

== Примечания ==
{{примечания|3}}

== Литература ==
{{refbegin}}
* {{БСЭ3|заглавие=Деление атомного ядра}}
* {{Из|ФЭ|http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0959.html|title=Деление ядер}}
* {{книга
|автор =Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А.
|заглавие = Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов
|место = {{М}}
|издательство = Энергоатомиздат
|год = 1982
|страниц = 512
|ref = Бать и др.
}}
* {{книга
|автор =Камерон И.
|заглавие =Ядерные реакторы
|место = {{М}}
|издательство =Энергоатомиздат
|год =1987
|страниц =320
|ref = Камерон
}}
* {{книга
|автор =Климов А.Н.
|заглавие = Ядерная физика и ядерные реакторы
|место = {{М}}
|издательство = Энергоатомиздат
|год = 1985
|страниц = 352
|ref = Климов
}}
* {{книга
|автор = К. Н. Мухин
|заглавие = Экспериментальная ядерная физика
|издание = 5-е изд
|место = {{М}}
|издательство = Энергоатомиздат
|год = 1993
|том = 1. Физика атомного ядра. Ч. I. Свойства нуклонов, ядер и радиоактивных излучений
|страниц = 376
|isbn = 5-283-04080-1
|ref = Мухин, т.1 ч.I
}}
* {{книга
|автор = К. Н. Мухин
|заглавие = Экспериментальная ядерная физика
|издание = 5-е изд
|место = {{М}}
|издательство = Энергоатомиздат
|год = 1993
|том = 1. Физика атомного ядра. Ч. II. Ядерные взаимодействия
|страниц = 320
|isbn = 5-283-04081-X
|ref = Мухин, т.1 ч.II
}}
* {{книга
|автор = Cyriel Wagemans
|заглавие = The Nuclear Fission Process
|ссылка = https://archive.org/details/nuclearfissionpr0000unse
|издание = 1-е изд
|издательство = CRC Press
|год = 1991
|allpages = 608
|isbn = 978-0849354342
|ref = Wagemans
}}
* {{статья
|автор = Niels Bohr, John Archibald Wheeler
|заглавие = The Mechanism of Nuclear Fission
|ссылка = http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.56.426
|издание = [[Physical Review]]
|год = 1939
|volume = 56
|номер = 5
|pages = 426—450
|ref = Bohr, Wheeler}}
* {{статья
|автор = S. Bjørnholm, J. E. Lynn
|заглавие = The double-humped fission barrier
|ссылка = http://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.52.725
|издание = [[Reviews of Modern Physics]]
|год = 1980
|volume = 52
|номер = 4
|pages = 725−931
|ref = Bjørnholm, Lynn}}
* {{статья
|автор = Balraj Singh, Roy Zywina and Richard B. Firestone
|заглавие = Table of Superdeformed Nuclear Bands and Fission Isomers: Third Edition (October 2002)
|ссылка = https://dx.doi.org/10.1006/ndsh.2002.0018
|издание = [[Nuclear Data Sheets]]
|год = 2002
|volume = 97
|номер = 2
|pages = 241—592
|ref = Singh et al.}} ([https://web.archive.org/web/20160304064112/http://www.physics.mcmaster.ca/~balraj/sdbook/ свободный препринт])
* {{статья
| автор         = André Michaudon
| заглавие      = From Alchemy to Atoms. The making of plutonium
| ссылка        = http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818012.pdf
| язык          = en
| издание       = Los Alamos Science
| год           = 2000
| номер         = 26
| страницы      = 62—73
}}
* {{книга |заглавие=DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory Volume 1 |издательство=[[Министерство энергетики США]] |ссылка=https://web.archive.org/web/20140319145623/http://energy.gov/sites/prod/files/2013/06/f2/h1019v1.pdf |дата ссылки=2014-03-19 |язык=en |месяц=1 |год=1993}} {{Wayback|url=http://energy.gov/sites/prod/files/2013/06/f2/h1019v1.pdf |date=20140319145623 }}
* {{книга |заглавие=DOE Fundamentals Handbook: Nuclear Physics and Reactor Theory Volume 2 |издательство=U.S. Department of Energy |ссылка=https://web.archive.org/web/20131203041437/http://energy.gov/sites/prod/files/2013/06/f2/h1019v2.pdf |дата ссылки=2013-12-03 |язык=en |месяц=1 |год=1993}} {{Wayback|url=http://energy.gov/sites/prod/files/2013/06/f2/h1019v2.pdf |date=20131203041437 }}
{{refend}}

== Ссылки ==
{{Навигация
|Портал = Физика
}}
* [http://www.atomicarchive.com/Effects/index.shtml The Effects of Nuclear Weapons]
* [https://web.archive.org/web/20051210084000/http://alsos.wlu.edu/qsearch.aspx?browse=science%2FFission Annotated bibliography for nuclear fission from the Alsos Digital Library]
* [http://www.atomicarchive.com/Fission/Fission1.shtml atomicarchive.com] Nuclear Fission Explained
* [http://www.atomicarchive.com/Movies/Movie4.shtml Nuclear Fission Animation]

{{внешние ссылки}}
{{Ядерная технология}}
{{Хорошая статья|Физика}}

[[Категория:Ядерные реакции]]