Ядерные реакции с захватом нейтрона ведут к образованию различных изотопов; они имеют большое практическое значение, в частности, при производстве радиоактивных изотопов. Если энергия нейтрона достаточно велика, то реакция захвата может происходить с испусканием ядром протона. Образовавшееся в результате ядро отдачи отлично от ядра-мишени, т.е. происходит превращение одного элемента в другой.

Примером такого превращения является образование азота ^>16_>7N в результате взаимодействия кислорода ^>16_>8O с нейтронами, имеющими энергию выше 10 МэВ. Эта реакция записывается так: ^>16_>8O (n, р)^{> 16}_>7N.

Рис. 1.7. Схема реакции синтеза ядер дейтерия и трития с образованием ядра гелия и вылетом нейтрона

К числу ядерных реакций превращения относятся реакции синтеза двух легких ядер в одно ядро более тяжелое и более устойчивое (термоядерные реакции). Так, при столкновении двух легких ядер дейтерия ^>2_>1H и трития ^>3_>1H образуется промежуточное ядро ^>5_>2He, которое испускает нейтрон и переходит в ядро отдачи ^>3_>2He. Эта реакция записывается так: ^>3_>1H (d, n)^{> 3}_>2He, где d – ядро дейтерия.

Дефект массы реакции будет равен 0,1894 а.е.м. и ей соответствует энергия связи 17,6 МэВ. Следовательно, эта реакция происходит с выделением энергии, которая в данном случае выделяется в виде кинетической энергии нейтрона и атома гелия.

Примером реакции превращения, но с поглощением энергии, может служить реакция ^>6_>3Li (р, n) ^>7_>4Be, при которой ядро лития бомбардируется протоном; образующееся промежуточное ядро испускает нейтрон и получается ядро отдачи с тем же массовым числом, но с зарядом на единицу больше. Дефект массы реакции составляет 0,00175 а.е.м., а энергия равна (—1,63) МэВ.

Знак минус означает, что реакция происходит с поглощением энергии. Если ударяющий протон имеет энергию, равную или больше 1,63 МэВ, то реакция происходит за счет поглощения кинетической энергии протона, если же она менее этой величины, то реакция произойти не может.

Ядерная реакция деления заключается в том, что возбужденное промежуточное ядро, образующееся при захвате бомбардирующей частицы, делится на две части (осколка), сравнимые по величине. Деление может быть осуществлено под действием частиц большой энергии: нейтронов, протонов, дейтронов. При реализации реакции деления взрывного типа наиболее важное значение имеет деление под действием нейтронов. При делении тяжелого ядра образуются изотопы, расположенные в средней части периодической системы Менделеева, где ядра имеют большую, чем у тяжелых ядер, энергию связи на нуклон. Поэтому реакция деления сопровождается освобождением большого количества энергии.

Так как у образующихся осколков ядер отношение числа нейтронов к числу протонов меньше, чем у тяжелых ядер делящихся материалов, при делении ядер в осколках возникает избыток нейтронов; часть из них превращается в протоны, а небольшая их часть (два-три на один акт деления) остается в виде свободных нейтронов. Это является важнейшим фактором получения самоподдерживающейся реакции деления ядер.

Возникновение при реакции деления двух-трех свободных нейтронов и их электрическая нейтральность, позволяющая им проникать в бомбардируемые ядра без затраты большого количества энергии, обусловливают самоподдерживающийся процесс деления с непрерывным выделением энергии. Такой процесс деления ядер нуклидов, при котором число нейтронов, образующихся в процессе деления ядер за какой-либо интервал времени, равно или больше числа нейтронов, убывающих из системы вследствие утечки и поглощения за тот же интервал времени, получил название