Ядерные реакции и их основные типы

Ядерные реакции – это превращение атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с g-квантами) или друг с другом.

Символическая запись ядерных реакций:

или

где X и Y – исходное и конечное ядра, a и b – бомбардирующая и испускаемая в ядерной реакции частицы.

В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (и массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядов (и сумме массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения энергии и момента импульса.

Ядерные реакции могут быть как экзотермическими (с выделением энергии), так и эндотермическими (с поглощением энергии).

Ядерные реакции протекают в несколько этапов. На первом этапе вылетающая частица застревает в ядре-мишени, образуя составное ядро, или компаунд-ядро, и ее энергия передается не какому-либо нуклону, а равномерно распределяется между всеми частицами составного ядра, так что ни одна из них не получает энергии, достаточной для вылета из ядра. Составное ядро рассматривается как возбужденная статистическая система частиц, совершающая неупорядоченные движения, подобные движению частиц в капле жидкости. В результате случайных отклонений от равномерного распределения энергии возбуждения между частицами составного ядра на какой-либо одной из них концентрируется энергия, достаточная для вылета этой частицы из ядра. Этот второй этап ядерной реакции происходит по истечении времени (10⁷¸10⁸)×t_Я после первого этапа, где t_Я – характерное ядерное время (~10^-22 с).

Схема ядерной реакции с образованием компаунд-ядра:

где - исходное ядро-мишень, a – атакующая частица, - составное ядро, - ядро – продукт ядерной реакции, b – вылетающая в результате реакции частица.

Ядерные реакции классифицируются:

1) по роду участвующих в них частиц – реакции под действием нейтронов, заряженных частиц, g-квантов;

2) по энергии вызывающих их частиц – реакции при малых, средних и высоких энергиях;

3) по роду участвующих в них ядер – реакции на легких (A<50), средних (50<A<100) и тяжелых (A>100) ядрах;

4) по характеру происходящих ядерных реакций – реакции с испусканием нейтронов, заряженных частиц, реакции захвата (в случае этих реакций составное ядро не испускает никаких частиц, а переходит в основное состояние, излучая один или несколько g-квантов).

Первая в истории ядерная реакция была осуществлена Резерфордом при бомбардировке ядра азота a-частицами:

Приложение