5. Уравнение ядерной реакции

Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, происходящие в результате их взаимодействия с элементарными частицами или друг с другом. Обычно ядерная реакция вызыва­ется бомбардировкой ядер мишени _zX^A потоком ускоренных частиц: α-частиц, протонов, нейтронов и т.д. В результате интенсивного взаимодействия исходного ядра и налагающей час­тицы а образуется новое ядро и некоторая частица b, разлетающиеся в различных направлениях. Ядерную реакцию, как и химическую, обычно записывают в виде уравнения

или .

Впервые ядерную реакцию осуществил Э.Резерфорд в 1919г., бомбардируя ядра азота α-частицами. α-частицы с энергией 7,7 МэВ проникали в ядра азота и вызывали ядерные реак­ции, в результате возникали ядра кислорода ₈О¹⁷ и протоны. Это было первым подтверждением, что протоны входят в состав ядра. Уравнение реакции:

или

6. Законы сохранения в ядерных реакциях

В ядерных реакциях, выполняются те же законы сохранения, что и при радиоактивном распаде: законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда, количества нуклонов, спина.

Запишем закон сохранения энергии в реакции , учитывая, что полная энергия ядер и частиц равна энергии по­коя и кинетической энергии:

Изменение кинетической энергии в реакции называют энергией реакции или тепловым эффектом: Q=(K₁+kb)-(K+K_a). Kaк видно

(39.1)

Если массы ядер и частиц выражатъ в а.е.м., то

(39.2)

В эндотермической реакции Q>0 происходит преобразова­ние частиц энергии покоя ядра мишени и бомбардирующей части­цы в кинетическую энергию продуктов реакции. Примером такой реакции является , для которой Q=2,8 МэВ.

Реакции, которые могут осуществляться только с поглощени­ем энергии U<0, называются эндотермическими. Такая реак­ция становится возможной лишь при некоторой минимальной энер­гии налетающей частицы, которая называется пороговой энергией. данной эндотермической реакции:

(39.3)

Например, для эндотермической реакции

7. Составное ядро

В 1936г. Бор дал теоретическое объяснение ядерной реакции на основе составного (промежуточного) ядра. Эта теория хоро­шо объясняет ядерные превращения до энергий частиц 50 МэВ. По этой теории ядерная реакция протекает в два этапа. На первом этапе ядро _zХ^A захватывает частицу а. В результате образуется составное ядро С в возбужденном состоянии . Энергия возбуждения быстро равномерно распределяется между нуклонами. Многочисленные столкновения между нуклонами могут затем привести к передаче энергии возбуждения частице b, находящейся в поверхностном слое составно­го ядра. После этого наступает распад составного ядра:

Время, за которое частица а пролетает расстояние, рав­ное диаметру ядра, называют ядерным временем τ_я, которое по порядку величины равно ~ 10^-21с. Среднее время жизни составно­го ядра τ~10^-14с, т.е. τ_я<<τ_е. Такое длительное существо­вание составного ядра делает процесс его распада независимым от первого этапа реакции - захвата частицы а. Поэтому сос­тавное ядро может распадаться различными путями. С учетом составного ядра уравнение ядерной реакции будет

Так, первая реакция записывается так: