Ядерными реакциями называются процессы, происходящие между частицами и ядрами под действием ядерных сил.
В ядерных реакциях, происходит изменение энергии и структуры ядер.
Радиус действия ядерных сил составляет порядка 10-13 см.
Для протекания реакции необходимо преодоление потенциального барьера от 0.5 ÷ 30 МэВ.
Для нейтронов ядерные реакции протекают при любой кин. энергии.
Распространенным типом ядерной реакции является взаимодействие частицы a с ядром X, в результате чего образуется частица b и ядро Y.
a + X → Y + b
в сокращенном виде
X (a, b) Y
роль частиц a и b чаще всего выполняют нейтрон, протон, дейтрон, ɑ-частица и γ-квант.
Сечение реакции
Вероятность взаимодействия частиц характеризуется с помощью эффективного сечения реакции σ.
σ интерпретируется как площадь сечения ядра X, попадая в которую налетающая частица вызывает реакцию.
Вероятность P, что частица a вызовет ядерную реакцию определяется как
ΔN/N = P = σn
где n – число ядер на единицу площади мишени.
Эту величину называют выходом ядерной реакции
w = ΔN/N
Геометрическое сечение ядра имеет порядок 10-24 см2. Эту величину принимают за единицу сечений ядерных реакций и называют барном (б)
1 барн = 10-24 см2
Типы ядерных реакций
Реакции, вызываемые медленными частицами, протекают в два этапа.
1й этап — захват налетающей частицы a ядром X с образованием составного ядра
a + X → Ck → Y + b
время жизни составного ядра порядка 10-14 с.
2й этап — разрушение составного ядра, вне зависимости от способа образования составного ядра.
Реакции, вызываемые быстрыми частицами (10 МэВ и выше) называются прямыми ядерными реакциями.
Налетающая частица передает свою энергию частице внутри ядра, в результате чего она покидает ядро.
Типичная реакция прямого взаимодействия – реакция срыва, например с участием дейтрона. При попадании одного из нуклонов дейтрона в область действия ядерных сил захватывается ядром, другой пролетает мимо, оказавшись вне зоны действия. Символическая запись (d, n) или (d, p)
Энергия реакции
Реакции проходят как с выделением, так и с поглощением энергии.
Пусть E0 и E’0 – суммы энергий покоя исходных частиц и продуктов реакции. Полная энергия в реакции сохраняется, т.е.
E0 + K = E’0 + K’
где K и K’ - суммарные кинетические энергии исходных частиц и продуктов реакции. Отсюда энергия реакции может быть определено как:
Q = E0 - E’0 = K’ - K
Q > 0 – экзоэнергетические реакции (с выделением энергии, кинетической).
Q < 0 - эндоэнергетические реакции (с поглощением энергии, кинетической).
Часто ядерную реакцию с учетом Q записывают как
A (a, b) B + Q
Для расчетов удобно использовать формулу
Q = { (ma + mA) - (mb + mB)
{ (Δa + ΔA) - (Δb + ΔB)
Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях
Закон сохранения заряда:
∑qi = const
Za + ZA = Zb + ZB
Закон сохранения массового числа
∑Ai = const
Aa + AA = Ab + AB
