Энергия ядерной реакции

В физике ядерных реакций очень существенны законы сохранения. Каждый закон сохранения состоит в том, что некоторая физическая величина должна быть одинаковой до и после реакции..

В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма электрических зарядов (массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных продуктов ядерной реакции. Поэтому, например, в реакциях (р, n) электрический заряд ядра должен возрастать на единицу:

p + X® n + Y .

Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и моментом импульса. В частности, для нерелятивистского случая, закон сохранения энергии имеет вид:

E₁+ E₂ = E + E - Q ,

где Q=(m₁+ m₂ - m - m ) с². (3.1)

Величина Q представляет собой выделяющуюся энергию ядерной реакции. Как и в химии, энергию Q часто вводят в обозначение реакции:

X + a ® Y + b + Q.

Если Q > 0, то реакция называется экзотермической, т.е. идущей с выделением энергии (имеется в виду кинетическая энергия частиц).

Например, экзотермической является реакция:

p + Li ® a + a + 17 МэВ.

Если Q < 0, то реакция идет с поглощением энергий и называется эндотермической. Эндотермическими являются все реакции, обратные экзотермическим. Эндотермическая реакция обладает порогом. Порог- это минимальная кинетическая энергия E_пор сталкивающихся частиц, начиная с которой реакция становится энергетически возможной:

E_пор = (1 + M_а/M_х) |Q|, (3.2)

где M_х - масса ядра-мишени,

M_а - масса налетающей частицы.

Таким образом, порог всегда больше энергии реакции. Если M_а << M_х, то E_пор практически совпадает с |Q|. Пороговая энергия бомбардирующих положительных частиц (протоны, альфа - частицы) должна быть больше высоты кулоновского потенциального барьера ядра-мишени: так, для однозарядных частиц Е_пор~10 МэВ. Для отрицательно заряженных и нейтральных частиц кулоновский барьер отсутствует, и ядерные реакции могут протекать при тепловых энергиях (Е~kT) исходных частиц (тепловые нейтроны, например, имеют энергию ~10^‑2 эВ).

Помимо вышеуказанных, в ядерных реакциях проявляется целый ряд других законов сохранения: закон сохранения четности, барионного заряда, лептонного заряда и др. (см.п.5.2).