Ядерные реакции. Классификация ядерных реакций

1.

2.

25. Ядерные реакции. Классификация ядерных
реакций.
26. Сечение ядерной реакции.
27. Законы сохранения в ядерных реакциях.
28. Энергия и порог ядерной реакции.
03.05.2024
2

3.

25. Ядерные реакции. Классификация ядерных реакций
Ядерная реакция (ЯР) – это процесс, возникающий в результате
взаимодействия нескольких частиц или сложных атомных ядер, при котором
изменяются внутренние свойства и состав мишени, и вылетает новая частица.
В более общем виде ЯР – это рассеяние одних частиц на других.
ЯР в естественных условиях наблюдаются в недрах звёзд и космических
лучах. Изучение ЯР происходит на ускорителях. В настоящее время для
получения информации о структуре и свойствах частиц и их взаимодействий
используются ускорители на встречных пучках – коллайдеры, т.к. ускорители с
неподвижной мишенью требуют больших затрат энергии.
ЯР идут обычно под действием ядерных сил, но возможны реакции под
действием слабых и электромагнитных сил.
03.05.2024
3

4.

ЯР можно записать в виде:
a A b B
или
A a, b B ,
где а – налетающая (обычно легкая) частица (ядро), А – ядро-мишень, b –
регистрируемая частица, В – конечное ядро-продукт, указывает
направление протекания процесса.
ЯР может идти несколькими различными способами, в результате в
конечном состоянии могут образовываться различные частицы:
a A,
*
a
A
,
a A b B,
c C ,
d D.
Начальный этап реакции или совокупность начальных частиц и ядер в
определенном квантовом состоянии называется входным каналом.
Различные возможные пути протекания реакции на втором этапе или
совокупность конечных частиц и ядер в определенном квантовом состоянии
называют выходными каналами.
03.05.2024
4

5.

В 1919 г., продолжая эксперименты по рассеянию α-частиц на различных
мишенях, Э. Резерфорд обнаружил, что при бомбардировке ядер азота
α-частицами из него вылетают положительно заряженные частицы. Величина
заряда этих частиц по абсолютной величине была равна величине заряда
электрона, но противоположна по знаку. Масса частицы была почти в 2000 раз
больше массы электрона. Повторение опыта на других мишенях показало, что
положительно заряженные частицы вылетают и из других атомных ядер.
Обнаруженные частицы были названы протонами.
Уже первый взгляд на написанную реакцию свидетельствует о том, что
Э. Резерфорду удалось осуществить то, что в течение многих веков пытались
сделать алхимики – превратить одно вещество в другое. Ядро азота
превращалось в ядро кислорода. Это была первая ядерная реакция,
осуществленная искусственно в лабораторных условиях.
03.05.2024
5

6.

Эрнест Томас Синтон Уолтон, лорд Эрнест Резерфорд и
Сэр Джон Дуглас Кокрофт
03.05.2024
6

7.

Классификация ядерных реакций:
1. По типу регистрации:
а) реакции, где фиксируют все вылетающие частицы, называются
эксклюзивными;
б) реакции, где фиксируют вылетающие частицы определённого сорта,
называются инклюзивными.
2. В соответствии с природой бомбардирующих частиц:
а) под действием нейтронов n;
б) под действием заряженных частиц (протонов p, дейтронов d, тритонов t,
α-частиц);
в) под действием гамма-квантов.
3. В соответствии с характером превращений:
а) кулоновское возбуждение ядра;
б) деление и синтез ядер;
в) процесс множественного рождения частиц.
03.05.2024
7

8.

03.05.2024
8

9.

4. По массе начальных ядер:
а) ядерные реакции на лёгких ядрах A<50;
б) ядерные реакции на средних ядрах 50<A<100;
в) ядерные реакции на тяжёлых ядрах A>100.
5. По энергии взаимодействующих частиц:
а) при малых энергиях до 1кэВ;
б) при средних энергиях от 1кэВ до 1МэВ;
в) при больших энергиях от 1МэВ до 1ГэВ;
г) при высоких энергиях более 1ГэВ.
03.05.2024
9

10.

26. Сечение ядерной реакции
Количественное описание ЯР с квантово-механической точки зрения
может быть только статистическим, говорят лишь о вероятностях
различных процессов, характеризующих ЯР.
Основная характеристика – эффективное сечение σ выражает
вероятность возникновения данного превращения за 1с при
бомбардировке ядра потоком с плотностью в 1-ну частицу в 1 с на 1
см2. Т.е. сечение ядерной реакции – величина, характеризующая
вероятность перехода системы двух взаимодействующих частиц в
определенное конечное состояние.
В ЯФ используют дифференциальное и полное или интегральное
эффективное сечение.
Введем эту характеристику. Рассмотрим ядерную реакцию или
процесс рассеяния в ускорителе. Что наблюдается в эксперименте по
рассеянию?
03.05.2024
10

11.

Пусть на мишень с n рассеивающими центрами налетает пучок
моноэнергетических частиц с потоком