Реакции под действием дейтонов

Реакции под действием дейтонов обладают рядом особенностей. Дейтон может взаимодействовать с ядрами не только с образованием составного ядра, но и путем прямого взаимодействия.

Если дейтон образует с ядром-мишенью составное ядро, то энергия возбуждения составного ядра оказывается примерно равной 14 МэВ из-за большого различия в величинах удельной энергии связи для дейтона и большинства ядер.

Энергия связи составного ядра при захвате дейтона

ΔWc(A+2, Z+1)= .

(4.6.17)

Энергия связи дейтона относительно составного ядра

.

(4.6.18)

Выразив массы через энергии связи по формуле (1.4.11), получим

.

(4.6.19)

Поскольку для большинства ядер DW » 8А МэВ, то

S_d ≈ 8A – 8(A-2) – 2,2 » 14 МэВ.

Таким образом, энергия возбуждения составного ядра, даже без учета кинетической энергии дейтона, значительно превышает не только среднее значение связи нуклона в ядре, но и энергию связи α-частицы (см. таблицу 4.6.1). Поэтому все реакции (d, p), (d, n), (d, α), если они идут через составное ядро, являются экзоэнергетическими и протекают с относительно большими вероятностями.

Наибольшим выходом при относительно небольшой энергии дейтонов обладают реакции

и

Такая большая величина энергии реакции (4.6.21) объясняется большой удельной энергией связи образующегося ядра ⁴Не. Эта реакция при наименьшей высоте кулоновского барьера для заряженных частиц имеет наибольший выход.

Сечения верхнего канала реакции (4.6.20) и сечение реакции (4.6.21) показаны на рисунках 4.6.3 и 4.6.4. Из рисунков видно, что полное сечение реакции (4.6.20) достигает максимума в 100 мбарн при энергии 2 МэВ. Особенно велико сечение взаимодействия дейтона с тритоном (ядром трития), оно равно 5 барн при энергии дейтона всего 0,11 MэB.

Реакции (d, p) и (d, n) могут идти без образования составного ядра. Это обусловлено тем, что энергия связи дейтона составляет DW_d ≈ 2,2 МэВ, т.е. около 1 МэВ/нуклон, что много меньше 8 МэВ/нуклон – средней энергии связи нуклона в большинстве ядер. Поэтому среднее расстояние между протоном и нейтроном в ядре дейтона относительно велико и составляет ~ 4·10^-13 см. Для сравнения среднее расстояние между нуклонами в большинстве ядер не превышает 2·10^-13 см (см. (2.2.3)).

Взаимодействие дейтона с ядром может закончиться поглощением одного из нуклонов, тогда как второй останется за пределами ядра и продолжит свое движение преимущественно в направлении первоначального движения. При этом тяжелые ядра, у которых большой кулоновский барьер, будут захватывать преимущественно нейтроны, так как в результате электростатического отталкивания дейтон будет ориентироваться своим протоном от ядра. В результате на средних и тяжелых ядрах выход реакции (d, p) в несколько раз превышает выход реакции (d, n), что противоречит механизму составного ядра. При распаде составного ядра испускание протона всегда затруднено кулоновским барьером и предпочтительным является, наоборот, вылет нейтрона.