7. Прямые ядерные реакции

Прямые реакции протекают без образования составного ядра за времена, равные характерному ядерному времени сек (времени пролета падающей частицы через ядро). В прямых реакциях налетающая частица передает свою энергию одному или нескольким нуклонам ядра-мишени, которые затем сразу вылетают из ядра, не успев обменяться энергией с остальными нуклонами ядра. Прямые процессы идут на всех ядрах при любых энергиях налетающих частиц. Они вносят особенно большой вклад в сечение ядерных процессов при больших энергиях, однако заметную роль могут играть и при малых энергиях.

Одним из примеров реакций такого типа являются реакции однонуклонной передачи (рис.6.9), в которых налетающая частица и ядро-мишень обмениваются одним нуклоном. Ограничимся качественным рассмотрением реакции (d,p) и обратной ей реакции (p,d). Первая из этих реакций носит название реакции срыва, вторая - подхвата. Эти реакции обычно идут на поверхности ядра. Так в реакции (d,p) дейтрон одним из своих нуклонов “задевает” ядро, вследствие чего дейтрон распадается. При этом один из нуклонов дейтрона захватывается (срывается) ядром, а другой движется в направлении своего первоначального импульса, не взаимодействуя с ядром.

Ðèñ. 6.9

Реакцию срыва удобно использовать для изучения тех состояний (уровней) конечного ядра A+1, которые связаны с изменением положения отдельного нуклона (такие состояния называют одночастичными). При срыве захваченный ядром нуклон (на рисунке это нейтрон) занимает один из свободных энергетических уровней (он на рисунке условно показан пунктиром), причем с большой вероятностью остальная часть ядра - остов - не возбуждается. Другой нуклон распавшегося дейтрона (протон) несет информацию об этом уровне - его энергии, четности, моменте количества движения захваченного нейтрона на этом уровне.

Реакция подхвата (p,d) обратна реакции срыва (d,p) и протекает аналогично. Она также удобна для изучения состояний занимаемых отдельными нуклонами ядра. Подхваченный налетающим протоном нейтрон оставляет вакансию (дырку) на том уровне, который он занимал, а образовавшийся дейтрон несет информацию об этом уровне. Остальные нуклоны ядра с большой вероятностью остаются в прежних состояниях.

К прямым ядерным реакциям относятся также реакции (p,2p), (e,ep), (e,en) при больших энергиях налетающих частиц (десятки - сотни МэВ). В таких реакциях одному из нуклонов ядра сообщается большая кинетическая энергия и он покидает ядро, практически не обмениваясь ею с другими нуклонами. Регистрируя конечные продукты реакции, например, 2 протона или электрон и нуклон, можно получить информацию о том энергетическом уровне, который занимал вылетевший нуклон в ядре до реакции.

В прямых реакциях рассмотренного типа были получены важные результаты, свидетельствующие о том, что нуклоны в ядрах находятся в устойчивых квантовых состояниях с определенными значениями энергии связи (отделения), орбитального и полного момента, а также четности. Эти состояния группируются по энергии, образуя нуклонные оболочки, аналогичные электронным оболочкам в атомах.