Физика атома атомного ядра и элементарных частиц 40

Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц 40. (0). Ядерные реакции; их классификация, способы записи и общие закономерности.

Вследствие действия ядерных сил две частицы (два ядра или ядро и нуклон) при сближении на расстояние, меньшее чем 10 -14 м, вступают между собой в интенсивное ядерное взаимодействие, приводящее к преобразованию ядра. Этот процесс наз. ядерной реакцией.

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 г: 4 He + 14 N → 17 O +1 H (40. 1) 2 7 8 1 В настоящее время известны тысячи ядерных реакций, которые можно классифицировать по различным параметрам.

Классификация ядерных реакций С точки зрения вида частицы, вызывающей реакцию различают три класса реакций: электроядерные реакции (под действием заряженных частиц), фотоядерные реакции (под действием фотонов, или гамма-квантов), нейтроноядерные реакции (под действием нейтронов) - самый большой и практически наиболее важный класс ядерных реакций.

Классификация ядерных реакций С точки зрения энергии различают: Экзоэнергетические реакции, идущие с выделением энергии, Эндоэнергетические реакции, идущие с поглощением энергии.

Классификация ядерных реакций С точки зрения механизма протекания реакции различают: Реакции, идущие через составное ядро, Прямые ядерные реакции.

Способы записи ядерных реакций Полная форма: a + A → B + b, (40. 2) где a - налетающая частица, A - ядромишень, B - ядро-продукт, b - частица, образовавшаяся в результате реакции. Например: + 14 N 7 → 17 O 8 +p (40. 3)

Способы записи ядерных реакций Сокращенная форма: A(a, b)B, (40. 4) где a - налетающая частица, A - ядромишень, B - ядро-продукт, b - частица, образовавшаяся в результате реакции. Например: , p)17 O 8 14 N ( 7 (40. 5)

Способы записи ядерных реакций Если вид ядер, участвующих в реакции, не имеет значения, то применяется краткая форма: (a, b) (40. 6) Например, запись ( , p) означает реакцию образования протона под действием альфа-частицы.

Примеры ядерных реакций Реакция, в которой в 1932 г Чедвиком был открыт нейтрон: 4 He + 9 Be → 12 C +n (40. 7) 2 4 6 , n)12 C 6 9 Be ( 4 Еще одна реакция с образованием нейтрона: p + 17 O 8 → 17 F 9 +n, 17 O (p, n)17 F 8 9 (40. 8) Запись (p, n) означает все реакции выбивания нейтрона прото-ном из некоторого ядра.

Пример реакции, идущей по нескольким каналам (40. 9)

Примеры ядерных реакций Ядерные реакции, в которых впервые были получены искусственные радиоактивные изотопы, в частности, ядра, испытывающие позитронный распад (Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, 1934 г): (40. 10) (40. 11)

Примеры реакций под действием дейтронов 2 H 1 → 3 He 2 + +n 2 H 1 + 2 H 1 → 3 H 1 + p (40. 13) 2 H 1 + 3 H 1 → 4 He 2 + n (40. 14) (40. 12) (40. 15)

Примеры фотоядерных реакций Фоторасщепление дейтрона, энергия гамма-кванта 2. 6 Мэв: + 2 H 1 → n + p (40. 16) Фоторасщепление бериллия, энергия гамма-кванта 1. 8 Мэв: + 9 Be 4 → + + n (40. 17)

Количественные характеристики ядерных реакций Эффективное сечение Дифференциальное эффективное сечение Полное сечение

Количественные характеристики ядерных реакций Выход реакции: доля частиц, испытавших ядерное взаимодействие (40. 18) где n 1, v 1 - плотность и скорость частиц в пучке, S - площадь поперечного сечения пучка. Выход реакции можно выразить через полное сечение: w = ·n 2·d, (40. 19) где n 2 - плотность ядер в мишени, d - толщина слоя мишени, участвующего в реакции.

Общие закономерности ядерных реакций В ядерных реакциях выполняются законы сохранения: Электрического заряда, Барионного заряда (полного числа нуклонов), Энергии, Импульса, Момента импульса, Четности.

Примеры сохранения электрического заряда и числа нуклонов