Ядерные реакции Определение Ядерными реакциями -в широком

Ядерные реакции

Определение Ядерными реакциями: -в широком смысле называется любой процесс, начинающийся столкновением 2 -х, редко нескольких микрочастиц (простых или сложных)идущих, как правило, с участием сильных взаимодействий. -в узком смысле- процессы, начинающиеся столкновением простой или сложной микрочастицы с ядром.

Примеры ядерных реакций

Понятие о сечении реакции

Реакции в которой в начальном и конечном состояниях имеются по 2 частицы (т. е a + A = b + B) полностью характеризуются величиной дифференциального эффективного сечения

Сечение реакций и число событий N Сечение реакции характеризует вероятность процесса. В эксперименте обычно измеряется число частиц определенного типа вылетевших из мишени в единицу времени под углами в телесный угол

Резерфорд открыл ядерные реакции в легких элементах в 1919 году.

Каналы реакций При столкновении протона с ядром могут происходить различные реакции ( каналы реакций).

Классификация ядерных реакций Реакции Кулоновское возбуждение ядер Р. Слияния легких ядер Реакции с тяжелыми ионами Фотоядерные и электроядерные р. Р. Деления тяжелых я. (глубок. Перестройка я. Р. На пучках радиактив. Я. ( необыч. Соотнош. Числа p и n

Реакции • С выделением Экзотермичес энергии кая (Q>O) • С поглощением Эндотермичес энергии кая (Q

Законы сохранения в ядерных реакциях N Q – энергия, выделяющаяся при реакции. Т. е. a + A = b + B + Q

Порог генерации Экзотермическая реакция может идти при сколь угодно малой энергии налетающих частиц. Эндотермическая реакция обладает порогом. Порог это минимальная кинетическая энергия сталкивающихся частиц, начиная с которой, реакция становится энергетически возможной.

Закона сохранения момента количества движения J и четности P. (в ядерных реакциях, происходящих за счет слабых взаимодействий, четность не сохраняется)

Закон сохранения изоспина I

Модели ядерных реакций При классификации ядерных реакция по времени протекания, в качестве временного масштаба используют ядерное время – время пролета частицы через ядро

Прямая реакция

Реакция через составное ядро

Модель составного ядра

Составное ядро Вероятность образования составного ядра нейтроном определяется произведением З - х последовательных процессов. 1. Вероятность попадания нейтрона в обл. действия яд. сил. 2. Вероятность Р проник новения внутрь ядра. 3. Вероятности захвата ядром нейтрона.

Составное ядро В классическом пределе сечение взаимодействия точечной частицы с мишенью радиуса R описывается величиной При переходе к квантовому описанию процесса взаимодействия нейтрона с ядром необходимо учесть, что налетающий нейтрон имеет длину волны ( завис. От энергии нейтрона).

Составное ядро. Общие свойства.

Характерная особенность реакций, идущих через составное ядро независимость процесса распада от способа образования ядра.

График.

Составное ядро. Резонансные реакции. В области расположения изолированного уровня , эффективное сечение реакции должно иметь резонансный максимум, он описывается формулой Брейта – Вигнера.

Понятие об изолированном уровне. Изолированный уровень- от своих соседей. Имеет значение Е, эффективное сечение и должно иметь резонансный максимум. Форма резонанса описывается формулой Брейта – Вингера.

Нерезонансные реакции (для составного ядра) При больших энергиях возбуждения составного ядра его уровни перекрываются и говорить об отдельных резонансах уже нельзя.

Предсказания, вытекающие из модели испарения. (Теоретические ожидания) Угловое распределение изотропно. Испаряемые ядром нейтроны должны иметь спектр Вылет заряженных частиц, вылетающих их ядра должен быть сильно подавлен.

По результатам эксперимента. Угловое распределение частиц анизотропное. Энергетическое распределение вылетающих нейтронов в низкоэнергетической части имеет горб максвеловского типа, но при высоких энергиях спадает медленно. Во многих реакциях с заметной интенсивностью вылетают протоны. Независимость распада от способа образования ядра обычно выполняется приближенно.

Вывод:

Роль других механизмов ядерных реакций

Таким образом

Оптическая модель для ядерных реакций. Согласно оптической модели, ядро представляет собой сплошную среду, преломляющую и поглощающую дебройлевские волны падающих на него частиц. В квантовой механике роль коэффициента преломления играет гамильтониан взаимодействия частицы с силовым полем ядра. Для описания поглощения к гамильтониану добавляют мнимую часть i. W, ( подбирают т. о. , чтобы лучше воспроизвести экспериментальные данные).

Оптическая модель описывает: Дифференциальное и интегральное сечение упругого рассеяния при различных энергиях рассеивающихся нуклонов. Сечение всех неупругих процессов, т. е. сечение поглощения нуклонов ядрами. В области энергии 10 – 20 Мэ. В, где вклад прямых процессов относительно невелик, сечение поглощения совпадает с сечением образования составного ядра.

Прямые ядерные реакции. Если ядерная реакция протекает быстро, то есть за время порядка времени пролета частицы через ядро , то она называется прямой реакцией. В прямой ядерной реакции налетающая частица непосредственно передает энергию какой либо степени свободы ядра – однонуклонной, альфа частичной, коллективной.

Особенности прямых реакций. На примере реакции (N, N’). Так как падающий нуклон передает свой импульс в основном одному нуклону, то нуклоны должны вылетать из ядра преимущественно в направлении этого импульса. Из за того, что падающий нуклон передает одному нуклону почти всю энергию, то вылетающие из ядра нуклоны должны иметь довольно большие энергии, близкие к максимально возможным. Из ядра с равной интенсивностью могут вылетать как протоны, так и нейтроны.

Наиболее изученные прямые реакции. 1. при бомбардировке ядер нуклонами с энергией десятки Мэ. В. 2. Срыв (дейтрон зацепляется одним своим нуклоном, который поглощается, а второй свободно уходит. 3. Квазиупругое выбивание (p, 2 p), (p, p n). Если энергия падающего нуклона намного превосходит энергию связи в ядре. (Е>100 Мэ. В). (как бы свободное упругое столкновение 2 -х нуклонов, в результате которого оба нуклона уходят из ядра

4. Прямые процессы с участием сложных частиц – тритонов, альфа частиц и др. (p, Альфа), (t, Альфа). 5. Прямые реакции, вызываемые тяжелыми нейтронами, такими как углерод, азот, кислород. 6. Процессы столкновений с участием малого числа частиц при которых рождаются новые элементарные частицы пионы, каоны, гипероны. 7. Релятивистские столкновения тяжелых ионов с с энергией 5 Гэв/нуклон. 8. Инклюзивные реакции, при энергии налетающих частиц более 1 Гэв на нуклон.

Прямые реакции срыва.

График. Различные типы угловых распределений протонов В реакции (d, p), ( Прямые реакции срыва).

Энергия падающих нуклонов выше 100 Мэ. В. ( на примере реакции (p, 2 p), на ядре кислорода 8 О 16. На рисунке (ниже) изображен график зависимости сечения этой реакции от энергии связи выбиваемого протона. Имеется 3 отчетливых максимума, соответствующих выбиванию протона из состояния 1 p 1/2 , 1 p 3/2, 1 s 1/2. По расстояниям между максимумами можно определить энергию связи соответствующих протонов 12, 19, 45 Мэ. В.

Фотоядерные и электроядерные реакции. Фотоядерные реакции происходят при бомбардировке ядра гамма квантами высокой энергии (десятки – сотни Мэ. В) Электроядерные – это процессы, в которых электромагнитное взаимодействие проявляется при бомбардировке ядер заряженными частицами.