В левой части вступающие в реакцию частицы и ядра, в правой – продукты реакции. частицы обозначаются маленькими буквами, ядра-нуклиды большими буквами.

(1.50)

где a -налетающая частица, A - ядро-мишень, B -ядро дочернее, b - вылетающая частица. Сокращенная запись этой реакции A (a, b) B или (a, b). Входной канал ядерной реакции –сталкивающиеся ядра и частицы A+a. Выходной канал - ядра и частицы B+b, рождающиеся после взаимодействия. Выходных каналов может быть не один, а множество, каждый с различной вероятностью. Между входным каналом и выходным ставиться стрелка или знак равенства.

Законы сохранения для ядерных реакций

Ядерная реакция возможна, если она не запрещена всей совокупностью законов сохранения.

Закон сохранения электрического заряда: суммарный электрический заряд частиц вступающих в реакцию равен суммарному электрическому заряду продуктов реакции

или (1.51)

где Q_A -заряд ядра A, q_a - заряд частицы a.

2.Закон сохранения числа нуклонов (массового числа А) выполняется в ядерных реакциях без образования античастиц.

Пример. Для реакции , закон сохранения числа нуклонов 2+3=4+1 (верхние индексы нуклидов), закон сохранения электрического заряда 1+1=2+0 (нижние индексы нуклидов).

3.Закон сохранения момента импульса: суммарный момент импульса входного канала ядерной реакции равен суммарному моменту импульса выходного канала. Для реакции с образованием составного ядра

(1.52)

где i_a -спин частицы a, I_A спины ядра A, L_Aa -орбитальный момент импульса пары Aa частица+ядро, характеризующий их относительное движение.

4.Закон сохранения четности: четность входного канала равна четности выходного канала. Для реакции , поскольку четность мультипликативная величина, получаем

(1.52)

где П _А -внутренняя четность ядра А.

Закон сохранения четности не выполняется в слабых взаимодействиях.

Закон сохранения изотопического спина: изотопический спин входного канала равен изотопическому спину выходного канала.

(1.53)

В сильных взаимодействиях сохраняется третья проекция изотопического спина

. (1.54)

6.Закон сохранения импульса: релятивистский импульс входного канала равен релятивистскому импульсу выходного канала:

(1.55)

7.Закон сохранения энергии для реакции : полная релятивистская энергия входного канала равна полной релятивистская энергия выходного канала

(1.56)

где -энергия покоя входного канала, -кинетическая энергия входного канала, (обычно Т_А = 0), - энергия покоя выходного канала, - кинетическая энергия выходного канала.

Энергией ядерной реакции называется разность энергий покоя входного и выходного канала или (обратите внимание!) разность кинетических энергий выходного канала и входного канала

. (1.57)

Если Q >0, E ₀₁> E ₀₂, T ₁< T ₂ то ядерная реакция экзоэнергетическая, происходит с выделением энергии, кинетическая энергия налетающей частицы любая.

Если Q <0, E ₀₁< E _02, T ₁> T ₂ то ядерная реакция эндоэнергетическая, идет с поглощением энергии. Реакция происходит только при кинетической энергии налетающей частицы выше порогового значения.

Если Q =0, E ₀₁= E ₀₂, T ₁= T _2, то это реакция упругого рассеяния.

Слайд2

Энергетическая схема эндоэнергетической реакции с образованием составного ядра О может быть представлена в следующем виде см. рис.1.11.

Рис.1.11. Энергетическая схема эндоэнергетической реакции. Широкой вертикальной стрелкой показан энергетический порог.

Здесь - энергия покоя возбужденного ядра О^*,

-энергия покоя ядра О в основном состоянии,

-энергия возбуждения промежуточного ядра О,

- энергия возбуждения в системе центра масс (ядро О),

-энергия связи частицы а в ядре О,

-энергия связи частицы b в ядре О,

кинетическая энергия частицы а в системе центра масс (ядро О),

кинетическая энергия частицы b в системе центра масс (ядро О).

Из рис 1.10. видно, что энергия реакции меньше нуля

<0.

Ядерная реакция еще возможна, когда Т₂^’ =0, тогда

(1.60)

- минимальная кинетическая энергия, которой должна обладать частица а в лабораторной системе координат, чтобы эндоэнергетическая реакция произошла. Она называется пороговой кинетической энергией.

Энергетическая схема экзоэнергетической ядерной реакции показана на рис. 1.12.

Из рис.1.12. видно, что энергия реакции больше нуля и энергетического порога нет:

>0.

Рис. 1.12. Энергетическая схема экзоэнергетической реакции. Энергия реакции положительна. Порога нет.

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.

Впервые Чедвик и Гольхабер наблюдали фоторасщепление дейтрона в 1934 г. в реакции при условии

Е _γ=2,62 Мэв > E_св()=2,22 Мэв.

 

Реакции под действием нейтронов многочисленны: (n, γ), (n,p), (n,n’), (n, α), (n,2 n), (n,f).

Реакции радиационного захвата(n, γ) нейтрона с последующим испусканием γ –кванта идут на медленных нейтронах с энергией от 0÷500 кэв.

Пример: Мэв.

Упругое рассеяние нейтронов (n, n) широко используется для регистрации быстрых нейтронов методом ядер отдачи в трековых методах и для замедления нейтронов.

При неупругом рассеянии нейтронов (n,n’) происходит захват нейтрона с образованием составного ядра, которое распадается, выбрасывая нейтрон с энергией меньшей, чем имел первоначальный нейтрон. Неупругое рассеяние нейтронов возможно, если энергия нейтрона в раз превышает энергию первого возбужденного состояния ядра мишени. Неупругое рассеяние - пороговый процесс.

Нейтронная реакция с образованием протонов (n,p) происходит под действием быстрых нейтронов с энергиями 0,5÷10 мэв. Наиболее важными являются реакции получения изотопа трития из гелия-3:

Мэв с сечением σ_тепл = 5400 барн,

и регистрация нейтронов методом фотоэмульсий:

+0,63 Мэв с сечением σ_тепл = 1,75 барн.

Нейтронные реакции (n, α) с образованием α-частиц эффективно протекают на нейтронах с энергией 0,5÷10 Мэв. Иногда реакции идут на тепловых нейтронах: реакция выработки трития в термоядерных устройствах:

Мэв с сечением σ_тепл = 945 барн,

реакция косвенной регистрации тепловых нейтронов по α-частицам:

Мэв с сечением σ_тепл = 3480 барн.

Нейтронные реакции (n,2 n) с образованием двух нейтронов возможны, если энергия нейтрона на несколько Мэв превышает порог реакции (n, 2 n). Например, на быстрых нейтронах с энергией > 10 Мэв возможна реакция:

Мэв.