В соответствии с общей картиной ядерных реакций, разработанной в течение нескольких последних лет, мы должны принять, что любое ядерное превращение, вызванное столкновением с какой-либо частицей или -квантом, протекает в две стадии. Первой стадией является образование сильно возбуждённого составного ядра, живущего сравнительно долгое время; вторая стадия состоит в распаде этого составного ядра или переходе его в менее возбуждённое состояние посредством излучения. Для тяжёлого ядра такими распадными процессами, конкурирующими с излучением, являются испускание нейтрона и, в соответствии с последним открытием, деление ядра. Для первого процесса необходимо, чтобы значительная часть энергии возбуждения составного ядра, первоначально распределённой между многими частицами подобно тепловой энергии в теле с большим числом степеней свободы, сконцентрировалась на одной частице, расположенной вблизи поверхности ядра. Что же касается второго процесса, то он требует перехода части этой энергии в энергию деформации, которая должна быть достаточно сильной, чтобы привести к делению 5.
5 N. Воhr. Nature, 1930, 143, 330 (статья 58).
Конкуренция между процессами деления ядра, испускания нейтрона или -кванта, по-видимому, наиболее ярко проявляется в том, как сечение деления ядер тория и урана меняется с энергией падающих нейтронов. Обнаруженное Мейтнер, Ганом и Штрассманом значительное различие этих процессов для двух упомянутых элементов, вероятно, также можно успешно объяснить с этой точки зрения присутствием в уране нескольких стабильных изотопов. Значительную часть всех актов деления разумно приписать ядрам редкого изотопа U235, которые при данной энергии нейтрона приводят к составному ядру с большей энергией возбуждения и соответственно меньшей стабильностью, чем составное ядро из преобладающего изотопа урана 6.
6 N. Bohr. Phys. Rev., 1939, 55, 418 (статья 59).
В настоящей статье более детально рассматривается механизм процесса деления и сопутствующих эффектов. Это рассмотрение основывается на сравнении ядра с жидкой каплей. Критической энергии деформации сопоставляется потенциальная энергия капли в состоянии неустойчивого равновесия, и таким образом её величина оценивается в зависимости от заряда и массы ядра. Чтобы определить вероятность деления, нет необходимости подробно обсуждать вопрос о том, как именно первоначально сообщенная ядру энергия возбуждения постепенно распределяется по различным степеням свободы и в конце концов приводит к критической деформации. В действительности простое статистическое рассмотрение приводит к приближённому выражению для вероятности реакции деления, которая оказывается зависящей лишь от критической энергии деформации и характера распределения энергетических уровней ядра. Предлагаемая общая теория, по-видимому, хорошо согласуется о результатами наблюдений и даёт удовлетворительную картину явления деления.
В разделе I мы с целью ориентировочной прикидки (и как материал для дальнейшего рассмотрения) качественно оцениваем на основании имеющихся данных величину энергии, которая может освободиться при делении тяжёлого ядра различными способами. В частности, изучается не только энергия, освобождающаяся в самом акте деления, но и энергия, необходимая для последующего испускания нейтронов осколками деления, а также выделяющаяся при бета-распаде этих осколков.
В разделе II более подробно изучается проблема деформации ядра о точки зрения сравнения ядра с жидкой каплей, чтобы получить оценку энергии, необходимой различным ядрам для достижения критической деформации, приводящей к их делению.
В разделе III более подробно рассматривается статистическая механика процесса деления и приближённо оценивается вероятность деления, которая сравнивается с вероятностью излучения -кванта и вылета нейтрона. На основе развиваемой теории обсуждается изменение сечения с энергией.
В разделе IV описанное рассмотрение применяется к анализу экспериментальных данных по сечениям деления урана и тория нейтронами различных скоростей. В частности, показано, что сравнение с теорией, развитой в разделе III, приводит к значениям критической энергии деления для тория и разных изотопов урана, которые хорошо согласуются с результатами раздела II.
В разделе V обсуждается проблема статистического распределения осколков деления ядер по их массам, а также вопрос о степени возбуждения этих осколков и происхождении вторичных нейтронов.
Наконец, в разделе VI мы рассматриваем эффекты деления, которые можно ожидать в других элементах, отличных от урана и тория, при достаточно больших скоростях нейтронов, а также в уране и тории при бомбардировке дейтронами и протонами или при возбуждении -квантами.
I. ЭНЕРГИЯ, ОСВОБОЖДАЮЩАЯСЯ ПРИ ДЕЛЕНИИ ЯДРА
Полная энергия, освобождающаяся при делении ядра на две меньшие части, даётся выражением
E
=
(M
0
-M
i
)c^2
,
(1)