Ядерные реакции под действием заряженных частиц

Взаимодействие заряженных частиц с положительно заряженным ядром является электромагнитным. Мы не будем рассматривать взаимодействие электронов с ядром. отметим только, что в этом случае нет кулоновского барьера. Для налетающих протонов и альфа-частиц препятствием для ядерной реакции служит кулоновский барьер ядра. Когда кинетическая энергия налетающей α-частицы меньше высоты барьера, существует вероятность проникновения α-частицы в ядро за счет туннельного эффекта. Если орбитальное число , тогда возникает дополнительный центробежный барьер. Формулы для потенциального барьера, центробежного барьера, коэффициент прозрачности для потенциального барьера приведены при рассмотрении α –распада.

Заряженные частицы с энергией около 10 Мэв при движении в веществе теряют свою энергию на ионизацию атомов среды, т.е на взаимодействие с электронами и только одна частица из тысячи взаимодействует с ядром вызывая ядерную реакцию. Это происходит по тому, что суммарное сечение ионизации примерно в 10 ³ раз больше сечения ядерного взаимодействия ( см² >> σ_я ≈ 10 ^-24 см²). Электроны как бы «прикрывают» ядра от налетающих заряженных частиц.

Реакции под действием α-частиц:

В реакции был открыт протон (1919 г Э. Резерфорд).

В реакции Чедвик открыл нейтрон в 1932г.

Реакции под действием протонов:

Реакции типа (p, α) протон делит ядро лития пополам

17,35 Мэв

Реакции типа (p, n) всегда эндоэнергетические

- 2,76 Мэв

Реакции типа (p, p) упругого и неупругого рассеяния протонов на ядре.

Реакции типа (p, γ)

Мэв

Реакции типа (p, d) встречаются редко, т.к. для образования дейтрона нужна энергия 2,22 Мэв

Мэв.

Ядерные реакции под действием γ – квантов (фотоядерные реакции)

Фотоядерные реакции - ядерные реакции, происходящие под действием γ – квантов при участии электромагнитного взаимодействия. К ним относятся ядерный фотоэффект, прямое вырывание протонов γ –квантами, гигантские резонансы.

Ядерный фотоэффект –это процесс поглощения ядром γ – кванта и вылета из ядра нуклонов или α-частиц. Условие осуществления ядерного фотоэффекта: энергия γ – кванта больше энергии связи вылетающей частицы. Впервые Чедвик и Гольхабер наблюдали фоторасщепление дейтрона в 1934 г. в реакции при условии

Е _γ=2,62 Мэв > E_св( )=2,22 Мэв.

Прямое вырывание протонов γ –квантами важно для реакций на тяжелых ядрах, когда велик барьер препятствующий вылету малоэнергетических протонов испарения. Энергия γ –кванта поглощается одним из протонов и не распределяется между остальными нуклонами.

Гигантский резонанс Е1 возбуждается при взаимодействии γ –квантов с энергией 10÷25 Мэв с ядром, когда длина волны γ –кванта много больше размеров ядра. В этом случае полное сечение поглощения γ –квантов различными ядрами в зависимости от энергии Е _γ имеет максимум. В реакции Е _{γ рез} = 22,4 Мэв ,ширина резонанса Г = 2,8 Мэв. Основным механизмом является поглощение γ –кванта одним нуклоном, приводящим к возбуждению собственных дипольных колебаний всех протонов относительно всех нейтронов ядра. Процесс дипольных колебаний завершается в основном вылетом нуклонов.