17

ЛЕКЦИЯ 6

Содержание

1. Ядерные реакции. Введение.

2. Законы сохранения в ядерных реакциях.

3. Кинематика ядерных реакций. Порог.

4. Механизмы ядерных реакций. Составное ядро.

5. Сечение образования составного ядра нейтроном в нерезонансной области.

6. Формула Брейта-Вигнера.

7. Прямые ядерные реакции.

1. Ядерные реакции. Введение.

Любой процесс столкновения элементарной частицы с ядром или ядра с ядром будем называть ядерной реакцией. Наряду с радиоактивным распадом ядерные реакции - основной источник сведений об атомных ядрах.

Для записи ядерной реакции есть несколько способов. Два наиболее употребительных поясняются следующими примерами

a + A b + B èëè A(a, b)B,

p + +èëè(p, 2), ãäå

p + n +èëè(p, n),

+ + p + n èëè(, pn).

Обычно более легкая частица называется - снарядом, более тяжелая -мишенью.

При столкновении протона с могут быть различные процессы (каналы реакции):

	p + 7Li	- упругое рассеяние (упругий канал)
	p + 7Li*	- неупругое рассеяние
p +	+
	+ +		неупругие каналы
	p + + t, ãäå t
	è ò. ä.

Здесь ⁷Li* означает возбужденное состояние ядра ⁷Li.

При упругом рассеянии налетающая частица и мишень не претерпевают каких-либо внутренних изменений и не появляется новых частиц.

Первая ядерная реакция осуществлена в 1919 г. Резерфордом

+ + p.

Для количественного описания вероятности ядерной реакции используется эффективное сечение - дифференциальное (d/d) и полное (). В случае двух частиц в начальном и конечном состояниях реакция полностью характеризуется d/d. Величина эффективного сечения зависит от квантовых состояний сталкивающихся частиц (энергий, спинов, орбитальных и полных моментов, четностей, изоспинов).

Ядерные реакции рассматривают обычно либо в лабораторной системе координат (ЛСК), либо в системе центра инерции (СЦИ). ЛСК - система, в которой мишень покоится.

2. Законы сохранения в ядерных реакциях

Ряд физических величин одинаков до и после столкновения, т.е.

сохраняется. Имеют место следующие законы сохранения:

1.	Энергии	E
2.	Импульса
3.	Момента количества движения
4.	Электрического заряда	Q
5.	Четности (за исключением слабого взаимодействия)	P
6.	Изоспина (только в сильном взаимодействии)	I
7.	Числа нуклонов (до порога рождения пары нуклон-антинуклон)
8.	Барионного заряда (сохранение числа нуклонов следствие этого закона)	B
9.	Лептонного заряда	L
	è äð.

Выделены абсолютные или универсальные законы сохранения. Их нарушение никогда не наблюдалось.

Пример. Найти конечное ядро x в реакции ++ x.

Из законов сохранения электрического заряда и числа нуклонов получаем - .

Пример на выполнение закона сохранения четности в сильных взаимодействиях: реакция ¹⁹F(p, )¹⁶O, идущая через возбужденное 1⁺ состояние промежуточного ядра ²⁰Ne (ðèñ. 6.1).

Ðèñ. 6.1

Эта реакция идет за счет сильного взаимодействия с заселением 2-го возбужденного состояния ядра ¹⁶O, имеющего энергию 6.13 МэВ. Основное и 1-ое возбужденное состояния не заселяются. Почему?

Реакция проходит в две стадии:

p + *(1⁺) +(3^-).

Из закона сохранения углового момента для 2-й стадии

_Ne = _O + +_O,,

ãäå =,_O =,_Ne=.

Для орбитального момента относительного движения ядра ¹⁶O и -частицы имеем

=+_O, и, опуская индексы, L=2, 3, 4.

С другой стороны, из закона сохранения четности имеем

(-1)^L (6.1)

èëè +1 = (+1)(-1)(-1)^L.

Откуда остается лишь L=3.

Переход в основное и первое возбужденное состояние ¹⁶O невозможен, т.к. в этих случаях

è L=1.

Но тогда не выполняется закон сохранения четности (6.1)

+ 1 (+1) (+1) (-1)^L=1 = -1.

Опытным путем установлено, что в рассматриваемой реакции отношение вероятностей переходов 1⁺0⁺ è 1⁺3^- меньше 310^-13, что является хорошим подтверждением справедливости закона сохранения четности в сильных взаимодействиях.