4. Механизмы ядерных реакций. Составное ядро.

Будем классифицировать реакции по времени протекания.

Ðèñ. 6.5

В качестве временного масштаба удобно использовать ядерное время - время пролета частицы через ядро ÿ = . (6.11)

Очевидно, _ÿ - минимальное время протекания ядерной реакции (_ÿ10^-22 сек для нуклона с T_N=25 МэВ и ядра с A= 25, а также для нуклона c T_N=100 ÌýÂ è ÿäðà ñ A=200).

Будем использовать следующую классификацию ядерных реакций по времени протекания:

1. Если время реакции t_{p ÿ}, òî ýòî прямая реакция (время реакции минимально).

2. Åñëè t_p >> _ÿ, то реакция идет через составное ядро.

В первом случае (прямая реакция) частица “a” передает энергию одному или нескольким нуклонам и они сразу покидают ядро, не успев обменяться энергией с остальными нуклонами.

Во втором случае (составное ядро) частица “a” и нуклон, которому она передала энергию, “запутываются” в ядре. Энергия делится среди многих нуклонов и у каждого нуклона она недостаточна для вылета. Лишь через большое время в результате случайных перераспределений она в достаточном количестве концентрируется на одном из нуклонов (или объекте из нескольких связанных нуклонов) и он покидает ядро. Это механизм составного ядра Бора (1936 г.). Составное ядро и прямой механизм - полярны. Много реакций промежуточного типа.

Если реализуется механизм составного ядра, то реакция идет в 2 этапа

a + A C*B + b. (6.12)

1 - образование составного ядра C, 2 - его распад.

В модели составного ядра длина свободного пробега частицы “a” в ядре _a<R_ÿ и эта частица захватывается ядром. Энергия возбуждения последнего E*T_a+B_a (в пренебрежении отдачей), где B_a - энергия отделения частицы “a” из ядра С.

Появление B_a в выражении E*T_a+B_a можно объяснить так: рассмотрим обратный процесс вырывания из ядра захваченной им частицы “a”. Нужно, как минимум, затратить энергию отделения B_a. Если энергия больше, то она идет на кинетическую энергию T_a.

В ядре C энергия возбуждения E* делится среди A нуклонов и в среднем на один нуклон приходится энергия <B_n,p. Лишь через t>>_ÿ возможна концентрация достаточной энергии на одном из нуклонов и его вылет. Составное ядро живет долго и “забывает” способ своего образования. Поэтому сечение реакции через составное ядро можно записать в виде

_ab = _a+AB+b = _aCW_b, (6.13)

ãäå - сечение образования составного ядра (полное сечение реакции через составное ядро, вызванное частицей ”a”), а W_b - вероятность его распада по каналу b. Очевидно, .

Испускание нуклонов составным ядром напоминает испарение молекул из нагретой капли. Угловое распределение в СЦИ изотропно. Концепция составного ядра применима к средним и тяжелым ядрам и E* не более нескольких десятков МэВ. При более высоких энергиях _N>R_ÿ и вероятность захвата нуклона ядром <1.

Далее мы познакомимся с тем, как выглядит сечение образования составного ядра в двух крайних случаях:

1. Когда уровни составного ядра сильно перекрываются и образуют непрерывный спектр без особенностей;

2. Когда уровни составного ядра принадлежат дискретному спектру и могут считаться изолированными (т.е. ширины этих уровней меньше среднего расстояния между ними).

В качестве примера процесса 1-го типа рассмотим образование составного ядра нейтроном.