Прямые ядерные реакции

Прямые реакции протекают без образования составного ядра за времена, равные характерному ядерному времени t _я »10^-22с (времена пролёта падающей частицы через ядро). В прямых реакциях падающая частица передаёт свою энергию одному или нескольким нуклонам ядра-мишени, которые затем сразу вылетают из ядра, не успев обменяться энергией с остальными нуклонами ядра. Прямые процессы идут на всех ядрах при всех энергиях налетающих частиц. Они вносят особенно большой вклад в сечение ядерных процессов при больших энергиях, однако заметную роль могут играть и при малых энергиях.

Одним из примеров реакций такого типа являются реакции однонуклонной передачи (рис. 8.4), в которых налетающая частица и ядро-мишень обмениваются одним нуклоном. Ограничимся качественным рассмотрением реакции (d,p) и обратной ей реакции (p,d). Первая из этих реакций носит название реакции срыва, вторая –подхвата. Так в реакции (d,p) дейтрон одним из своих нуклонов «задевает» ядро, вследствие чего дейтрон распадается. При этом один из нуклонов дейтрона захватывается (срывается) ядром, а другой движется в направлении своего первоначального импульса, не взаимодействуя с ядром.

Реакцию срыва удобно использовать для изучения тех состояний (уровней) конечного ядра А +1, которые связаны с изменением положения отдельного нуклона (такие состояния называются одночастичными). При срыве захваченный ядром нуклон занимает один из свободных энергетических уровней, причём с большой вероятностью остальная часть ядра–остов –не возбуждается. Другой нуклон распавшегося дейтрона (протон) несёт информацию об этом уровне – его энергии, чётности, моменте количества движения захваченного нейтрона на этом уровне.

Рис. 8.4. Схематическое изображение (d,p) реакции срыва.

Реакция подхвата (p,d) обратна реакции срыва (d,p) и протекает аналогично. Она также удобна для изучения состояний, занимаемых отдельными нуклонами ядра. Подхваченный налетающим протоном нейтрон оставляет вакансию (дырку) на том уровне, который он занимал, а образовавшийся дейтрон несёт информацию об этом уровне. Остальные нуклона нуклоны ядра с большой вероятностью остаются в прежних состояниях.

К прямым ядерным реакциям относятся также реакции (р,2р), (е,ер), (е,еn) при больших энергиях налетающих частиц (десятки-сотни МэВ). В таких реакциях одному из нуклонов ядра сообщается большая кинетическая энергия, и он покидает ядро, практически не обмениваясь ею с другими нуклонами. Регистрируя конечные продукты реакции, можно получить информацию о том энергетическом уровне, который занимал вылетевший нуклон в ядре до реакции.

В прямых реакциях рассмотренного типа были получены важные результаты, свидетельствующие о том, что нуклоны в ядрах находятся в устойчивых квантовых состояниях с определёнными значениями энергии связи (отделения), орбитального и полного моментов, а также чётности. Эти состояния группируются по энергии, образуя нуклонные оболочки, аналогичные электронным оболочкам в атомах.

Рис. 8.5. Схема, описывающая прямую реакцию ⁶Li(p,2p)⁵He. Слева спектр протонов, справа исходное расположение нуклонов в потенциальной яме ядра ⁶Li.