2. Реакции под действием α-частиц

Основными видами реакций, идущих под действием α-частиц, являются реакции типа (α, p) и (α, n). Два фактора, которые определяют протекание этих реакций: высота кулоновского барьера и величина энергии S_α(C) связи α-частицы в составном ядре.

Для того, чтобы реакция была эффективной кинетическая энергия α-частицы должна быть сравнима с высотой кулоновского барьера, т.е. . Поэтому энергия возбуждения составного ядра

.

(4.6.8)

В

Таблица 4.6.1

Средние значения величин, МэВ	Z
	<20	60	80
Bс Sα(C) Wc	10 8 18	20 0 20	25 -5 20

таблице 4.6.1 даны средние значения высоты кулоновского барьера B_k и энергия связи α-частиц в ядрах с различными Z. Из таблицы видно, что энергия возбуждения составных ядер W_c остается примерно одинаковой и равной примерно 20 МэВ при изменении Z от легких до тяжелых ядер, если только .

Такая величина энергии возбуждения составного ядра существенно превышает не только энергию связи вылетающего нуклона, но и высоту кулоновского барьера в случае вылета протона. Другими словами, при энергиях должны примерно с равными вероятностями идти реакции как типа (α, р), так и типа (α, n).

Первой ядерной реакцией была реакция (, р) на ядрах ¹⁴N (см. (4.1.3)). В реакциях (, р) было впервые установлено наличие резонансной зависимости сечения реакций от кинетической энергии α-частиц. Изучение выхода экзоэнергетической реакции

+ 2,26 МэВ

(4.6.8)

п оказало, что зависимость Y(Т) для этой реакции имеет ступенчатый характер (рис. 4.6.2), что в соответствии с (4.6.7) означает наличие максимумов в зависимости (T), которые свидетельствуют о резонансном характере ядерной реакции. Наличие максимумов в сечении означает, что -частица с соответствующей энергией захватывается на один из квазистационарных уровней составного ядра. В дальнейшем было установлено, что многие типы реакций имеют резонансный характер. Напомним, что объяснение механизма возникновения резонансов было дано Бором (см. §4.2).

Именно реакции (α, р), осуществленные в 1919 г. Резерфордом на азоте и алюминии, позволили установить, что ядра протия входят в качестве простейших составных элементов в более сложные ядра. Это дало повод присвоить им наименование протонов, т.е. простейших.

Реакции (α, p) дают, как правило, стабильные продукты.

В реакции типа (α, n)

(4.6.9)

Чедвик в 1932 г. впервые обнаружил свободный нейтрон. Эта реакция экзоэнергетическая (Q = 5,5 МэВ), отличается чрезвычайно большим выходом Y = 2,510^-4 и до сих пор широко используется для получения нейтронов в простейших радиоактивных источниках нейтронов. -Активный нуклид (²¹⁰Ро, ²³⁸Рu и др.), имеющий достаточно высокую удельную активность, смешивается с порошком бериллия и смесь помещается в герметичную ампулу размером ~ 1см.

Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1934 г. впервые показали, что с помощью реакций типа (, n) можно получать, в отличие от реакций (α, p), которые дают, как правило, стабильные продукты, искусственные радиоактивные ядра. В настоящее время реакции (, n) используются для получения искусственных радионуклидов на ускорителях заряженных частиц, например, на циклотронах. Примером такой реакции может служить процесс

,

(4.6.9)

входной канал которого идентичен (4.6.8).