Деление ядра урана-235 — ядерная реакция, при которой ядро, возбуждённое захватом нейтрона, делится на две приблизительно равные части (осколки деления). Это возможно только у урана-235, так как ядро урана-238 поглощает нейтрон, а деление не происходит.
Деление ядер урана под воздействием нейтронов открыли немецкие учёные Отто Ган и Фриц Штрассман в 1938 году.
Нейтрон попадает в ядро урана-235. Ядро деформируется и принимает вытянутую форму.
Ядерные силы не могут противодействовать электростатическому отталкиванию противоположных частей вытянутого ядра, и оно разрывается на части.
Излучается 2–3 нейтрона. Эти нейтроны могут попасть в другое ядро урана-235 и вызвать его деление, после чего вылетит ещё один нейтрон, и так далее по цепочке. Такой процесс называется цепной ядерной реакцией — самоподдерживающейся реакцией деления тяжёлых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие всё новые и новые ядра.
Осколки — обычно образуются две группы элементов: лёгкие с массовыми числами от 72 до 110 и тяжёлые с массовыми числами от 125 до 161. Симметричное деление ядра на два осколка с примерно равными массовыми числами (110–125) происходит крайне редко (не более 1% случаев).
Выделение энергии — поскольку масса покоя тяжёлого ядра урана больше суммы масс покоя осколков, реакция деления протекает с выделением энергии. Полное энерговыделение на один акт деления ядра урана-235 — примерно 200 МэВ.
Теоретический кулоновский предел энергии, рассчитанный как произведение числа нуклонов на энергию аннигиляции пары электрон-позитрон (1,022 МэВ), составляет около 240,17 МэВ. Однако наблюдаемая энергия деления ниже этого предела, что вызывает интерес к возможным дополнительным источникам энергии.
Согласно позитронно-электронной модели, в каждом нуклоне (протоне или нейтроне) существует керн, состоящий из 94 пар электрон-позитрон, каждая пара соответствует энергии 1,022 МэВ (энергия аннигиляции). Таким образом, максимальная энергетическая ёмкость керна одного нуклона составляет:
94×1,022МэВ=96,068МэВ
Для ядра урана-235, состоящего из 235 нуклонов, суммарная максимальная энергия кернов может достигать:
235×96,068МэВ≈22,572ГэВ
При этом керн может быть заряжен лишь частично — например, на 5–10%, что может лать дополнительный энергетический запас порядка 1,13–2,26 ГэВ.
Образование кернов и запас энергии могло происходить в экстремальных астрофизических условиях с высоким давлением и плотностью, способствующих вдавливанию электронов в протоны и образованию нейтронов.
Частичная разрядка кернов за 14 млрд лет существования Вселенной могла привести к текущему уровню энергетического запаса в нуклонах.
При делении урана-235 эта дополнительная энергия может высвобождаться дополнительно к классической кулоновской энергии, объясняя наблюдаемые особенности энерговыделения.