Типы ядерных реакций. Их характеристика

Я. р., в которой испускается множество заряженных частиц, образует в ядерной фотографической эмульсии многолучевую звезду. В таких Я. р. образуется большое число разнообразных радиоактивных продуктов, для исследования которых применяются методы радиохимии.

Под действием быстрых частиц наблюдают и более простые Я. р.: неупругое рассеяние (p, p'), Я. р. «перезарядки» (

p, n), Я. р. «подхвата» (p, d), Я. р. «выбивания» (p, 2p) и др. Вклад этих процессов в полное сечение Я.

р. невелик (~ 10—20%). Реакция выбивания протона (p, 2p) оказалась очень удобной для исследования структуры ядер. Измеряя энергию вылетающих протонов, можно определить потерю энергии в Я. р. и энергию связи выбитого протона. В распределении по энергиям остаточных ядер наблюдаются максимумы, соответствующие возбуждённым уровням остаточного ядра. Энергия возбуждения этих уровней достигает 50—70 Мэв, и они соответствуют дырочным возбуждениям глубоких оболочек.

Кулоновское возбуждение ядер. Протоны и более тяжёлые ионы, движущиеся слишком медленно, для того чтобы преодолеть кулоновский барьер, приближаясь к ядру, создают относительно медленно меняющееся электрическое поле, которое действует на протоны ядра. В этих случаях ядро, поглощая электромагнитную энергию, переходит в возбуждённое состояние, а налетающий ион теряет часть своей энергии. Кулоновское возбуждение — одно из основных средств изучения низколежащих коллективных состояний ядер.

Я. р. под действием фотона и электронов. Возбуждения ядра с помощью электромагнитного поля (фотоядерные реакции) могут осуществляться при бомбардировке их -квантами. При малых энергиях -кванты могут испытывать только упругое рассеяние. При энергиях, больших энергий отделения нуклонов от ядра, основным процессом становится поглощение -кванта и испускание ядром нуклонов. При поглощении -квантов с энергиями в десятки Мэв, как правило, образуется составное ядро. При взаимодействии ядра с более энергичными -квантами большую роль начинают играть прямые процессы.

Электроны, взаимодействуя с протонами ядра, могут испытывать упругое и неупругое рассеяние, а также выбивать протоны из ядра. Исследование упругого рассеяния электронов позволило получить детальные данные о распределении электрического заряда в ядре.

Я. р. с участием мезонов, гиперонов и античастиц. В Я.

р. под действием нуклонов, энергия которых больше порога рождения мезонов, возможно испускание мезонов, которые могут также вызывать Я. р. и участвовать в развитии внутриядерного каскада. Наиболее изучены Я. р. на -мезонах. Многие Я. р., вызываемые пионами, похожи на соответствующие Я.

р. под действием нуклонов, например неупругое рассеяние (,&# 39;), перезарядка (+,°), (-,°) и выбивание [(,p), (,n), (-,d)] и др. Однако есть др. Я. р. с участием пионов, не имеющие аналогов в нуклоно-ядерном взаимодействии. К ним относится реакция двойной перезарядки пионов (-,+), Я.

р. поглощения пионов (+, 2p), (-, 2n). Изучение этих Я. р. позволяет исследовать корреляции нуклонов в ядре.

Я. р. с тяжёлыми ионами. Для тяжёлых ионов (Z> 2) в качестве налетающих частиц потенциальный кулоновский барьер 0 в Z раз больше, чем для протонов, и поэтому необходимо, чтобы энергия иона, приходящаяся на 1 нуклон ядра, превышала несколько Мэв (тем больше, чем больше Z мишени). Эффективное сечение Я. р. с тяжёлыми ионами, обладающими энергией >1,20, даётся выражением:  = R2(1-0/), где

.

Это соответствует классическим представлениям о соударении двух заряженных чёрных шаров радиусом R. При энергиях   0 Я. р. осуществляются за счёт туннельного просачивания через барьер. В этом случае

где R 0 — сумма радиусов взаимодействующих ядер, 0 — кривизна барьера. Налетающие ионы могут и не вызвать Я. р., а испытать упругое рассеяние в поле кулоновских и ядерных сил. Угловое распределение ионов при упругом рассеянии (при иона порядка расстояния макс. сближения с ядром) имеет дифракционный характер. При меньших дифракционная структура исчезает. Энергетическая зависимость эффективных сечений для Я.

р. тяжёлыми ионами носит, как правило, нерезонансный характер. Исключение составляет упругое рассеяние. В энергетической зависимости эффективного сечения упругого рассеяния 6Li на 6Li, 12C на 12C, 14N на 14N, 16O на 14N и др. в интервале энергии (0 ~ 5—35 Мэв наблюдаются резонансы с шириной порядка нескольких Мэв и более тонкая структура.

Я. р. с тяжёлыми ионами характеризуются большим числом выходных каналов. Например, при бомбардировке 235Th ионами 40Аг с энергией 379 Мэв образуются ядра Ca, Ar, S, Si, Mg и Ne.

В случае Я. р. с тяжёлыми ионами различают: реакции передачи нуклонов, реакции передачи более сложных частиц и реакции слияния (образования составного ядра). Я. р., при которых происходит передача малого числа частиц или малой части энергии, называются мягкими соударениями. Их теория имеет много общего с теорией прямых реакций. Я. р., в которых происходит передача значительной массы или энергии, называются жёсткими соударениями или глубоко неупругими передачами.

Угловые распределения продуктов этих Я. р. резко асимметричны; лёгкие продукты вылетают преимущественно под малыми углами к ионному пучку. Энергетическое распределение продуктов Я. р. имеет широкий максимум. Кинетическая энергия продуктов Я. р. близка к высоте выходных кулоновских барьеров и практически не зависит от энергии ионов.

При глубоко неупругих столкновениях ядер образуется короткоживущая промежуточная система. Несмотря на обмен массой и энергией, ядра промежуточной системы сохраняют индивидуальность за счёт прочно связанных сердцевин. В результате жёстких соударений образуется много новых нуклидов. В таких Я. р. могут возникать составные ядра с большими энергиями возбуждения (~ 100 Мэв) и угловыми моментами ~50.

Я. р. с образованием составного ядра служат для синтеза трансурановых элементов (слияние ядер мишений из P b и Bi с ионами 40Ar, 50Ti, 54Cr, 55Mn, 58Fe). Например, с помощью Я. р. 204Pb (, 2n) был осуществлен синтез фермия.

Литература

1. Сивухин Д. В. Общий курс физики том№ 5 «Атомная и ядерная физика»

2. Лейн А., Томас Р., Теория ядерных реакций при низких энергиях, М., 1960;

3. Давыдов А. С., Теория атомного ядра, М., 1958;

4. Мухин К. Н., Введение в ядерную физику, 2 изд., М., 1965