Branduolių dalijimosi reakcija

Iki 1938 m. mokslininkai manė, kad galimas tik radioaktyvusis branduolių skilimas, jiems skleidžiant alfa, beta ar gama spinduliuotę. Tačiau tais pačiais metais vokiečių mokslininkai fizikochemikas Otas Hanas (Otto Hahn, 1879–1968) (8.1.1 pav.) ir chemikas Fricas Štrasmanas (Fritz Strassmann, 1902–1980) (8.1.2 pav.) atrado netikėtą reakciją: kai į urano branduolį $$ {}_{92}{}^{235}\mathrm{U}$$ pataiko neutronas, branduolys pasidalija į du maždaug vienodos masės branduolius – skeveldras (8.1.3 pav.). Šios skeveldros yra įvairūs cheminių elementų bario $$ {}_{56}{}^{\mathrm{???}}\mathrm{Ba}$$ ir kriptono $$ {}_{36}{}^{\mathrm{??}}\mathrm{Kr}$$ izotopai (todėl čia vietoje konkretaus masės skaičiaus rašomi klaustukai). Be to, dalijantis urano branduoliui, išsiskiria dešimtis milijonų kartų daugiau energijos, negu degant angliai – t. y. vienam jos atomui (C) jungiantis su deguonimi (O₂). Vykstant šiai reakcijai, išspinduliuojami 2–3 neutronai.

Kadangi neutronų skaičius bario ir kriptono izotopų branduoliuose gali būti skirtingas ir, dalijantis urano branduoliui, gali išsiskirti skirtingas neutronų skaičius, pateikiama apibendrinta urano branduolio dalijimosi reakcijos lygtis:

Branduolinė reãkcija – tai atomų branduolių, sąveikaujančių su elementariosiomis dalelėmis arba tarpusavyje, virsmas. Branduolių dalijimosi reakcija – vienas iš tokių virsmų. Energija, išsiskirianti dalijantis branduoliams, vadinama branduolinè energija. Ji sukaupta urano atomų branduoliuose dėl juos sudarančių protonų ir neutronų tarpusavio sąveikos. Branduolinę energiją skleidžia branduolinis kùras – medžiagos, kurių atomų branduoliai dalijasi, veikiami neutronų. Vienintelis gamtinis branduolinis kuras yra urano izotopai $$ {}_{92}{}^{235}\mathrm{U}$$, kitos medžiagos gaunamos dirbtiniu būdu.

Panašiai nustebo ir O. Hanas bei jo bendradarbis F. Štrasmanas, kai urano apšaudymo neutronais metu pastebėjo bario izotopus. Kaip galėjo baris susidaryti iš urano?! Dar niekada nebuvo pastebėta tokių branduolinių reakcijų, kad neutronas suskaldytų urano branduolį į vidutinės atominės masės skeveldras. Abu atradėjai neabejojo gautų rezultatų tikrumu, bet negalėjo paaiškinti, iš kur radosi tiek energijos, kad būtų įveikta stiprioji sąveika – trauka tarp nukleonų – ir būtų pusiau perplėštas urano branduolys.

Sumišęs O. Hanas parašė savo ilgametei bendradarbei austrų fizikei Lizai Meitner (Lise Meitner, 1878–1968) (8.1.4 pav.). Laiškas ją pasiekė mažame Švèdijos miestelyje Kungelve, kur ji kartu su sūnėnu – taip pat fiziku – Otu Frišu (Otto Frisch, 1904–1979) (8.1.5 pav.) ruošėsi švęsti Kalėdas.

Bandydami paaiškinti O. Hano ir F. Štrasmano eksperimento rezultatus, L. Meitner ir O. Frišas urano $$ {}_{92}{}^{235}\mathrm{U}$$ branduolio dalijimosi reakcijoje vietoje kitos skeveldros mintyse įrašė kriptono izotopą ir gavo tokį rezultatą: iš 92 urano branduolio protonų 56 tenka bariui ir 36 – kriptonui. Be to, L. Meitner apskaičiavo, kad susidariusių bario ir kriptono izotopų branduolių masė mažesnė už urano branduolio masę maždaug viena penktąja protono masės dalimi. Tai leido paaiškinti reakcijos metu susidariusios energijos kilmę: būtent ši masės dalis virsta energija.