![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •1. Моделі атома Томпсона та Резерфорда. Позитивна сторона моделей і їх недоліки.
- •2.Спектр атома водню. Узагальнена формула Больцмана
- •3. Постулати Бота. Спектр атома водню по Бору
- •4. Гіпотеза Луї де Бройля. Корпускулярно-хвильовий дуалізм матерії;
- •5. Розмір, склад та заряд атомного ядра. Масове та зарядове число
- •6. Дефект маси та енергія зв’язку ядра. Питома енергія зв’язку
- •7 Ядерні сили. Властивості ядерних сил
- •8 Радіоактивне випромінювання та його типи
- •9 Закон Радіоактивного розпаду. Активність нукліда. Правило зміщення
- •10 Гама випромінювання та його властивості
- •11 Ядерні реакції та їх класифікація
- •12 Реакції поділу ядер. Ланцюгові реакції. Поняття про ядерну енергетику
11 Ядерні реакції та їх класифікація
Ядерні реакції – перетворення ядер при їх взаємодії з легкими частинками або іншими ядрами. Така взаємодія виникає при зближенні реагуючих часток до відстаней ~ 10-15 м. Найбільш поширеним типом ядерних реакцій є взаємодія легкої частинки a з ядром Х, в результаті якої виникають легка частинка b (або b, c, d, …)і ядро Y:
, (8.32)
що
скорочено позначають Х(а,b)Y.
Вживається також лаконічне позначення
ядерних реакцій типу (а,b).
В якості легких часток можуть фігурувати:
нейтрон, протон, дейтрон, -частинка,
-квант
(інколи – електрон, нейтрино, інші
елементарні частинки). Наприклад, перша
ядерна реакція, здійснена Е. Резерфордом
(1919 р.), мала вигляд:
.
Ядерні реакції – основний метод вивчення
структури ядра і його властивостей.
Ядерні
реакції часто можуть протікати кількома
способами, наприклад:
,
,
.
Сукупність частинок, що зазнають
зіткнень, називають вхідним каналом
ядерної реакції. Частинки, що народжуються
внаслідок ядерної реакції, утворюють
вихідний канал ядерної реакції.
Кількісне описання ядерних реакцій з квантово-механічної точки зору може бути тільки статистичним, тому для характеристики ядерних реакцій та різних видів взаємодій в них вводяться поняття виходу ядерної реакції w та ефективного перерізу взаємодії .
Вихід
ядерної реакції w
– доля часток, що зазнали взаємодії.
Якщо з потоку часток N,
що падають на деяку мішень, зазнають
взаємодії N
часток, то ймовірність взаємодії
.
З другого боку, очевидно,
,
де S
– площа поверхні мішені, а
– ефективна площа взаємодії;
– ефективна площа взаємодії одного
ядра, d
– товщина мішені, n
– концентрація ядер мішені. Тому
і
(8.33)
Величина характеризує ймовірність взаємодії в розрахунку на одне ядро в шарі одиничної товщини. Вона має розмірність площі, її прийнято вимірювати в барнах; 1б = 10-28 м2.
Ядерні реакції можна класифікувати: за енергією часток, що їх викликають, за природою часток, за масовим числом ядер, які беруть участь у реакціях; за енергетичним ефектом; за характером ядерних перетворень. Зокрема, розрізняють ядерні реакції:
-
при малих, низьких, середніх, значних, високих, і надвисоких енергіях;
-
під дією нейтронів, фотонів, заряджених частинок;
-
на легких, середніх і масивних ядрах;
-
радіаційного захоплення, кулонівського збудження, поділу ядер, ядерного фотоефекту та ін.
У будь-якій ядерній реакції виконуються закони збереження електричного заряду, енергії, імпульсу, момента імпульсу та деякі інші, більш екзотичні, про які йтиме мова у наступному параграфі. Вони відіграють особливо важливу роль, оскільки дозволяють передбачати які з ядерних реакцій можливі.
Енергію реакції можна розрахувати на основі формули (8.7), де m – дефект маси реакції, який визначається співвідношенням
. (8.34)
Якщо
енергія виділяється; якщо
енергія поглинається. При цьому для
ендотермічних реакцій
характерним є енергетичний поріг –
мінімальне значення енергії часток, що
стикаються, при якому реакція може
відбуватися.
Стосовно механізму ядерних реакцій при низьких енергіях Н. Бор припустив, що вони здійснюються у два етапи. На першому етапі ядро Х захоплює частинку а; в результаті цього виникає проміжне компаунд-ядро П (складене ядро). За рахунок енергії частинки а (кінетичної та енергії зв’язку), яка перерозподіляється між нуклонами ядра, проміжне ядро стає збудженим. На другому етапі збуджене компаунд-ядро П випромінює частинку b і перетворюється в ядро Y; в цілому процес має вигляд
. (8.35)
Середній
час життя компаунд-ядра складає
(10-16 – 10-12)
с,
він значно більший від часу проходження
нуклоном ядра
c,
тому захоплення частинки а
і випромінення частинки b
– незалежні процеси.
Якщо
,
процес (8.35) називають розсіюванням;
власне ядерна реакція має місце, якщо
a
не тотожне з b.
При енергії збудження компаунд-ядра П,
меншій необхідної для відокремлення
від нього часток, єдиний шлях його
перетворення – випромінювання -квантів;
такий процес називають радіаційним
захопленням.
При великих енергіях бомбардуючих часток проміжне ядро не утворюється, процес має вигляд (8.32) і носить назву прямої ядерної взаємодії. Ілюстрацією таких процесів є так звана реакція зриву, коли ядро зриває один з нуклонів з пролітаючого повз нього дейтрона, або зворотна їй реакція підхоплення, коли пролітаючий повз ядро нуклон підхоплює відповідний нуклон ядра з утворенням дейтрона.
Найчисленнішими
є реакції, які викликаються нейтронами.
Завдяки відсутності електричного заряду
нейтрону не доводиться долати потенціальний
бар’єр ядра, тому в ядра легко проникають
навіть теплові нейтрони з енергією
Е ~ 0,03 еВ.
Як правило, для захоплення нейтронів
має місце монотонна залежність
,
однак спостерігаються випадки резонансного
захоплення нейтронів. Так, для
різко зростає при Е = 7 еВ,
досягаючи 23000 барн. Таке резонансне
поглинання має місце, коли енергія,
внесена нейтроном у компаунд-ядро, рівна
тій, яка необхідна для його переводу на
збуджений енергетичний рівень.
Цікавою
є реакція
,
яка постійно відбувається в атмосфері
Землі під дією нейтронів космічних
променів. Вона приводить до виникнення
радіовуглецю
з періодом піврозпаду 5730 р. Він служить
«годинником» для антропологів, подібно,
як уран для геологів.