Ядерные реакции и их основные типы
Ядерные реакции — это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с квантами) или друг с другом.
Наиболее распространенным видом ядерной реакции является реакция или
где Х и Y — исходное и конечное ядра, а и b - бомбардирующая и испускаемая (или испускаемые) в ядерной реакции частицы.
Напр. или
В ядерной физике эффективность взаимодействия характеризуют эффективным сечением . С каждым видом взаимодействия частицы с ядром снизывают свое эффективное сечение: эффективное сечение рассеяния определяет процессы рассеяния, эффективное сечение поглощения — процессы поглощения. Эффективное сечение ядерной реакции
где число частиц, падающих за единицу времени на единицу площади поперечного сечения вещества, имеющего в единице объема ядер, число этих частиц, вступающих в ядерную реакцию в слое толщиной их. Эффективное сечение п имеет размерность площади и характеризует вероятность того, что при падении пучка частиц на вещество произойдет реакция.
Единица эффективного сечения ядерных процессов – барн (1 барн= ).
Законы сохранения:
- электрического заряда: ;
- числа нуклонов: ;
- релятивисткой полной энергии: ;
- импульса: ;
- момента импульса.
Если общее число ядер и частиц, образовавшихся в результате реакции, больше двух, то запись соответственно дополняется.
Энергия реакции: в отличие от радиоактивного распада, который протекает всегда с выделением энергии, ядерные реакции могут быть как экзотермическими (с выделением энергии), так иэндотермическими (с поглощением энергии).
Энергетический эффект ядерной реакции ,
где масса покоя ядра-мишени, масса покоя бомбардирующей частицы, сумма масс покоя ядер продуктов реакции.
Если , то энергия освобождается, энергетический эффект положителен, реакция экзотермическая.
Если , то энергия поглощается, энергетический эффект отрицателен, реакция эндотермическая.
Предположение Н. Бора (1936): ядерные реакции протекают в две стадии по следующей схеме:
Первая стадия — это захват ядром Х частицы а, приблизившейся к нему на расстояние действия ядерных сил (примерно ), и образование промежуточного ядра С, называемого составным (иликомпаунд-ядром). Энергия влетевшей в ядро частицы быстро распределяется между нуклонами составного ядра, в результате чего оно оказывается в возбужденном состоянии. При столкновении нуклонов составного ядра один из нуклонов (или их комбинация, например дейтрон— ядро тяжелого изотопа водорода — дейтерия, содержащее один протон и один нейтрон) или частица может получить энергию, достаточную для вылета из ядра. В результате возможна вторая стадия ядерной реакции - распад составного ядра на ядро Y и частицу .
В ядерной физике вводится характерное ядерное время — время, необходимое для пролета частицей расстояния порядка величины, равной диаметру ядра .
За время жизни составного ядра может произойти очень много столкновений нуклонов между собой, т. е. перераспределение энергии между нуклонами действительно возможно. Следовательно, составное ядро живет настолько долго, что полностью «забывает», каким образом оно образовалось. Поэтому характер распада составного ядра (испускание им частицы ) — вторая стадия ядерной реакции — не зависит от способа образования составного ядра — первой стадии.
Если испущенная частица тождествен на с захваченной , то эта схема описывает рассеяние частицы: упругое —при , неупругое при . Ecли же испущенная частица не тождественна с захваченной , то имеем дело с ядерной реакцией в прямом смысле слова.
Некоторые реакции протекают без образования составного ядра, они называются прямыми ядерными взаимодействиями (например, реакции, вызываемые быстрыми нуклонами и дейтронами).
Классификация ядерных реакций:
1) по роду участвующих в них частиц:
· реакции под действием нейтронов;
· реакции под действием заряженных частиц (например, протонои, дейтронов, частиц);
· реакции под действием квантов;
2) по энергии вызывающих их частиц:
· реакции при малых энергиях (порядка электрон-вольт), происходящие в основном с участием нейтронов;
· реакции при средних энергиях (до нескольких мегаэлектрон-вольт), происходящие с участием квантов и заряженных частиц (протоны, частицы);
· реакции при высоких энергиях (сотни и тысячи мегаэлектрон-вольт), приводящие к рождению отсутствующих в свободном состоянии элементарных частиц и имеющие большое значение для их изучения;
3)по роду участвующих в них ядер:
· реакции на легких ядрах (А<50);
· реакции на средних ядрах (50<А<100);
· реакции на тяжелых ядрах (А>100);
4) по характеру происходящих ядерных превращений:
· с испусканием нейтронов;
· с испусканием заряженных частиц;
· захвата (в случае этих реакций составное ядро не испускает никаких частиц, а переходит в основное состояние, излучая один или несколько квантов).
Поглощение лучей.
Закон ослабления узкого пучка моноэнергетических лучей при прохождении через поглощающее вещество , где интенсивность лучей в веществе на глубине , интенсивность лучей, падающих на этот слой, линейный коэффициент ослабления.
Слоем половинного ослабления называется слой, толщина которого такова, что интенсивность проходящих через него лучей уменьшается в два раза:
Элементы дозиметрии.
Экспозиционная доза рентгеновского и излучения, падающего на объект, экранированный защитным слоем толщиной : , где экспозиционная доза при отсутствии защитного слоя.
Экспозиционная доза излучения, падающего за время на объект, находящийся в воздухе на расстоянии от точечного источника: , где мощность экспозиционной дозы на расстоянии, равном единице. Поглощением лучей в воздухе пренебрегаем.
Дата добавления: 2021-01-11; просмотров: 720;