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 его энергия возбуждения оказывается примерно равной 14 МэВ из-за большого различия в величинах удельной энергии связи для дейтона и большинства ядер. Действительно, энергия связи дейтона относительно составного ядра (1.4.4)

.

(4.6.17)

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

.

(4.6.18)

Поскольку для большинства ядер D W» 8А МэВ, то

e _d ≈ 8A – 8(A-2) – 2,2» 14 МэВ.

Таким образом, энергия возбуждения (4.5.32) составного ядра, образующегося при захвате дейтона,

,

(4.6.17)

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

d + t ® 4Не+ n, Q = 17,6 МэВ.

(4.6.19)

Такая большая величина энергии реакции (4.6.19) объясняется большой удельной энергией связи образующегося ядра ⁴Не. Эта реакция при наименьшей высоте кулоновского барьера имеет наибольший выход.

Сечения верхнего канала реакции (4.6.18) и сечение реакции (4.6.19) показаны на рисунках 4.6.3 и 4.6.4. Из рисунков видно, что полное сечение реакции (4.6.18) 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 D W_d ≈ 2,2 МэВ, т.е. около 1 МэВ / нуклон, что много меньше 8 МэВ/нуклон – средней энергии связи нуклона в большинстве ядер. Кроме того, 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.