Механизмы ядерных реакций

Ядерная реакция представляет собой сложный процесс перестройки атомного ядра. Подобно тому, как структуру ядра описывают различными ядерными моделями, течения ядерных реакций аппроксимируют различными механизмами реакций. Существует много различных механизмов. Мы рассмотрим лишь основные из них.

Важную роль в ядерных реакциях играет введенный Н. Бором (1936 г.) механизм составного ядра (компаунд - ядра), согласно которому ядерная реакция протекает в две стадии по схеме:

X + a ® C ® Y + b. (3.3)

Первая стадия - это захват ядром Х частицы а, которая приблизилась к ядру на расстояние действия ядерных сил (~ 2фм), и образование промежуточного составного ядра С. Энергия влетевшей в ядро частицы быстро распределяется между всеми частицами составного ядра, так что ни одна из них не получает энергии, достаточной для вылета из ядра. Составное ядро рассматривается как возбужденная статистическая система частиц, совершающих неупорядоченные движения, подобные движению частиц в капле жидкости.

В результате случайных отклонений от равномерного распределения энергии возбуждения между частицами составного ядра какая-либо из них (или их комбинация) получает энергию, достаточную для вылета из ядра. В результате возможна вторая стадия ядерной реакции - распад составного ядра на ядро Y и частицу b. Доказано, что этот второй этап ядерной реакции происходит по истечении времени t = (10⁶ ¸ 10¹⁰) t_яд после первого этапа (t_яд - характерное ядерное время, т.е. время, необходимое для пролета частицей расстояния порядка диаметра ядра (d_яд ~ 10 ^-15 м). Для частицы с энергией 1 МэВ (v ~ 10⁷ м/с): t_яд = d/v = 10^-22 с).

За время t компаунд-ядро «забывает», как оно образовалось. Поэтому характер распада составного ядра (испускание им частицы b) не зависит от способа его образования. Здесь возможны варианты:

а) испущенная частица тождественна захваченной (bºа), схема (3.3)

описывает рассеяние частицы: · упругое, если E_а = E_b;

· неупругое, если E_a ¹ E_b;

б) испущенная частица не тождественна с захваченой (b¹а), схема (3.3) описывает прямую ядерную реакцию.

Если ядерная реакция протекает быстро, т.е. за время t~t_яд, то составное ядро не образуется. Такие реакции называются прямыми ядерными взаимодействиями или прямыми процессами. В прямом процессе частица-снаряд успевает столкнуться лишь с одним (иногда с двумя-тремя) из нуклонов ядра, передает ему свой импульс и почти всю энергию прямым путем, а не через посредство остальных нуклонов ядра, как в реакциях идущих через компаунд-ядро. Прямые процессы очень разнообразны. Они идут на всех ядрах при любых налетающих частицах. Вылетать из ядер могут одиночные нуклоны, дейтроны, aльфа - частицы и более сложные ядра лития, бериллия и т.д.

При не очень высоких энергиях (десятки МэВ) прямые процессы идут в основном на поверхности ядра, т.к. частицы не слишком высокой энергии имеет малую вероятность проникнуть внутрь ядра, ни с чем не столкнувшись по пути.