РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

ГЛАВА ПЯТАЯ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ

§ 28. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ядерной реакцией называется процесс перестройки ядра, сопровождаемый генерацией новых частиц, возникающий под действием или в результате взаимодействия двух ядер или ядра и частицы при их сближении до расстояний, на которых начинает проявляться действие ядерных сил .

В лабораторных условиях ядерные реакции осуществляются в основном при бомбардировке ядер пучками быстрых частиц. В результате столкновения появляются новые частицы, перераспределяется энергия и ймпульсы частиц.

Запись реакции производится либо в форме, аналогичной записи химических реакций:

Либо, что более принято в ядерной физике, как

где а — частица пучка, А — ядро мишени, вылетающая частица, В — ядро-продукт (или конечное ядро).

Полная запись ядерной реакции содержит символы элементов, число зарядов и массовые числа. Например, первую реакцию осуществленную Резерфордом в 1919 г., можно записать в виде

или

Если речь идет об общем типе реакции, безотносительно к частному виду мишени, то запись производится и в такой форме:

Первая буква в скобке обозначает тип налетающей частицы, буква (или буквы) после запятой показывает, какие частицы образуются в результате реакции помимо ядра отдачи.

Столкновение бомбардирующей частицы с ядром мишени может вызвать различные эффекты:

1. Упругое рассеяние — взаимодействие, при котором частица и ядро сохраняют свою индивидуальность и происходит только перераспределение их кинетической энергии. Движение частиц после взаимодействия подчиняется законам упругого удара. Состав и внутренняя энергия ядра, так же как и вид частицы, при этом не меняются:

2. Неупругое рассеяние. В этом случае вылетает частица того же вида, что и падающая, но конечное ядро образуется в возбужденном состоянии, что обозначается звездочкой. Состав ядра при этом также не меняется:

3. Собственно ядерная реакция — взаимодействие, при котором изменяются внутренние свойства и состав ядра мишени и вылетает новая частица:

Каждое из такого рода уравнений определяет, как говорят, свой канал реакции.

Сечения и выходы ядерных реакций.

При исследовании ядерной реакции стремятся определить: вероятность протекания ее по различным каналам при различных энергиях падающих частиц — так называемый «выход» данной реакции, угловое и энергетическое распределение продуктов реакции.

Как уже говорилось, эффективное сечение реакции выражает вероятность возникновения данного превращения за при бомбардировке ядра потоком с плотностью в 1 частйцу в сек на Если в мишени содержится ядер и на нее падает поток I частиц на в 1 сек, то происходит ядерных превращений в 1 сек. Полное эффективное сечение представляет собой сумму сечений процессов по всем каналам

Важной характеристикой реакции является зависимость эффективного сечения от энергии падающей частицы:

Эти зависимости называют функциями возбуждения ядерной реакции.

Выход реакции при данной энергии падающих частиц, т. е. отношение числа происшедших актов реакции к числу упавших на мишень частиц при условии, что на все ядра мишени падает одинаковый поток бомбардирующих частиц. Выход можно рассчитать, зная эффективное сечение процесса где число атомов мишени в столбике сечением и высотой, равной толщине мишени

Если плотность вещества мишени, то

Для толстой мишени, в которой происходит как изменение энергии, так и уменьшение потока частиц, выражение для выхода ядерных реакций имеет более сложный вид.

Ослабление потока падающих частиц в тонкой мишени происходит по закону

Классификация ядерных реакций.

Ядерные реакции обычно классифицируют в соответствии с природой бомбардирующих частиц, вызывающих реакции: ядерные реакции под действием нейтронов, заряженных частиц (протонов, -частиц, дейтонов) и под действием

Последние обусловлены электромагнитным, а не ядерным взаимодействием, но так как они приводят к преобразованию ядер, их также относят к ядерным реакциям. Некоторые ядерные реакции принято различать в соответствии с характером превращения: кулоновское возбуждение ядра, деление ядер, синтез ядер, процессы множественного рождения частиц. Кроме того, разделяют ядерные реакции, идущие на легких ядрах , средних и тяжелых а также ядерные реакции при малых средних (от 1 кэв до 1 Мэв), больших (от 1 до 100 Мэв) и высоких энергиях, хотя, конечно, приведенные границы областей весьма условны.