ГЛАВА 4. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Основные понятия и классификация

Ядерной реакцией называют процесс преобразования ядер и частиц при сближении их до расстояний ~ 10^-13 см, когда вступают в действие ядерные силы. Образование новых ядер и частиц может происходить и под действием фотонов высокой энергии, т.е. под действием электромагнитных, а не ядерных сил. Этот процесс следует также отнести к ядерным реакциям, поскольку взаимодействие происходит в области ядра и приводит к его преобразованию. Если после столкновения сохраняется нуклонный состав исходных ядер и частиц, то процесс называется рассеянием. При рассеянии происходит только перераспределение энергии и импульса между взаимодействующими объектами.

Наиболее распространенным видом ядерной реакции является взаимодействие легкой частицы а с ядром А, в результате чего образуется также легкая частица b и ядро В:

.

(4.1.1)

Здесь частица а – бомбардирующая частица, ядро А – ядро-мишень. Обычно частицы а и b представляют: нейтрон (n), протон (p), дейтон (d), α-частицу (α-), γ-квант (γ-). Существует сокращенная запись процесса (4.1.1): A(a,b)B. В скобках обычно указываются частицы с меньшей массой. Используется также запись (a,b), когда речь идет только о типе ядерной реакции безотносительно к ядру-мишени и образующемуся ядру. Например, (p,n), (α,n), (γ,p) и т.д. Первой в скобках указывают бомбардирующую частицу, а второй – частицу, возникшую в результате реакции. Начальный этап реакции а+А называют входным каналом, а конечный b+B - выходным. Реакция может протекать неоднозначно и иметь несколько конкурирующих между собой выходных каналов:

Каждый выходной канал характеризуется своей относительной вероятностью η_i, причем , где η - относительная вероятность открытия входного канала. Величины η_i и η зависят от кинетической энергии частицы а. Два нижних выходных канала в (4.1.2) представляют упругое и неупругое собой рассеяние.

Рассеяние представляет частный случай ядерного взаимодействия и может быть упругим и неупругим. При упругом рассеянии (столкновении) не изменяется структура ядер и частиц и их внутренняя энергия. В случае неупругого рассеяния изменяется структура и внутренняя энергия сталкивающихся объектов.

Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд (1919 г.), бомбардируя α-частицами атомы газообразного азота:

(4.1.3)

Реакция была обнаружена по возникновению вторичных ионизирующих частиц, длина пробега которых в газообразном азоте была больше, чем у бомбардирующих α-частиц. Впоследствии эти частицы были идентифицированы как протоны.

В настоящее время известно много различных ядерных реакций, которые условно можно разделить на три большие группы (класса), и каждая из которых обладает своими характерными особенностями: 1. Реакции, идущие под действием заряженных частиц; 2. Реакции под действием фотонов высокой энергии (фотоядерные реакции); 3. Реакции под действием нейтронов.