Ядерные реакции. Основные понятия и общие свойства

Основные понятия и общие свойства

Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные взаимодействием их друг с другом или с элементарными частицами (в том числе и с g - квантами).

В экспериментальных установках обычно более тяжелая из взаимодействующих частиц покоится (частица-мишень или ядро-мишень), а более легкая на нее налетает (частица-снаряд). Для осуществления реакций с ядрами используются разнообразные частицы: протоны, нейтроны, альфа - частицы, фотоны, электроны, тяжелые ионы, а также различные мезоны (см. п.5.3.3.), нейтрино и другие частицы. В качестве мишеней могут использоваться любые достаточно долго живущие ядра, а также протоны. Нейтронных мишеней не существует.

Но в ускорителях на встречных пучках обе сталкивающиеся частицы движутся, так что разделение на мишень и снаряд теряет смысл.

Для записи ядерных реакций используется несколько способов. Наиболее наглядной и универсальной является следующая символическая запись

X + a ® Y + b,

где X и Y - исходное (мишень) и конечное (продукт) ядра,

a и b - бомбардирующая (исходная) и испускаемая

(конечная) частицы в реакции.

Часто используются более короткие формы записи:

Х (а, b)Y или (а, b).

Например, символ (p, n) означает реакции выбивания нейтрона протоном из некоторого ядра.

Эффективность ядерной реакции характеризуется эффективным сечением данной реакции:

s = dN / N n dx ,

где N - число частиц-снарядов, падающих за единицу времени на единицу площади поперечного сечения вещества, содержащего ядра - мишени (см.рис.3.1.);

n - число исходных ядер-мишений в единице объема вещества;

Рис.3.1

Произведение ndx определяет число ядер-мишеней, приходящихся на единицу бомбардируемой поверхности.

Эффективное сечение s имеет размерность площади и определяет вероятность ядерной реакции. Единица s ядерных процессов - барн (1 барн = 10^-28 м²).

При одних и тех же начальных условиях ядерная реакция может идти различными способами. Возможные схемы протекания ядерной реакции называются каналами реакции, а начальный этап реакции - входным каналом. Например, при столкновении протона с ядром могут произойти такие процессы:

p+ Li упругое рассеяние

p+ Li неупругое рассеяние с переходом ядра лития в возбужденное состояние Li*.

p + Li ® a + a

a + a + g

и т.д.

Различным каналам соответствуют различные эффективные сечения.

Ядерные реакции нужны для различных целей:

· для получения информации о свойствах новых изотопов, новых частиц;

· для использования внутриядерной энергии;

· для получения радиоактивных изотопов.