Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Во-вторых, из того, что падающий нуклон передает одному нуклону почти всю энергию, следует, что вылетающие из ядра нуклоны должны иметь энергии, близкие к максимально возможным. Например, в прямой реакции (и, и') вылетающие неЙтроны должны иметь угловое распределение, вытянутое в направлении вперед, и энергии, близкие к энергии падающего нейтрона. Наконец, третьей существенной особенностью прямых процессов является то, что в них из гпра с равной интенсивностью могут вылетать как протоны, так и нейтроны, поскольку прн болыцих энергиях вылетающих частиц влияние кулоновского барьера становится несущественным.
При энергиях порядка одного-нескольких десятков МэВ прямые процессы конкурируют с процессами, обусловленными другими механизлзами, в частности, с реакциями, идущими через составное ядро. Для примера обратимся к рис,9.П, на котором привелены спектры протонов, вылета- э 8. Прямые ядерные реакиии ющих в реакции ««Ге(р,р') при энергиях падающих протонов Ея —— 28,8 и 61,7 МэВ. Видно, что наряду с низкоэнергичной (максвелловской) частью (0-15 МэВ)„ обязанной своим появлением механизму составного ядра, эти спектры содержат высокоэнергичную компоненту (> 20 МэВ для Ер —— 28,8 МэВ и > 50 МэВ для Ер = 61,7 МэВ).
Видно также, что в спектре присутствуют и протоны, которые нельзя отнести ни к «максвелловским», ни к «прямым». Особенно отчетливо это видно в спектре, полученном для Ер — — 61,7 МэВ. Протоны с энергиями 20-50 МэВ в этом спектре вылетают из ядра за времена, промежуточные между временами, отвечающими прямой стадии реакции и стадии установления термодинамического равновесия в составном ядре. Эти протоны с промежуточными энергиями вылетают из составного ядра иа стадиях установления термодинамического равновесия и поэтому называются предравновесными, Прямые процессы очень разнообразны.
Они идут на всех ядрах при любых налетающих частицах. Вылетать из ядер могут одиночные нуклоны, пары нуклонов, дейтроны, ядра ,'Не, а-частицы и более сложные ядра лития, бериллия и т. д. В последнем случае вылетающие ядра-осколки называются фрагментами, а сам процесс — фрагментацией. Прямыми, как правило, являются также процессы столкновений, при которых из ядер вылетают элементарные частицы — пионы, каоны, гипероны и др. Наиболее изучены следующие прямые реакции: А.
Реакции (и, п), (и, р), (Р,п), (Р,р). Эти прямые реакции нграютнаибольшую относительную роль при бомбардировке ядер нуклонами с энергиями в области нескольких десятков МэВ. Б. Срыв (д,р), (д, и) и подхват (Р, д), (и, д). Механизм срыва состоит в том, что дейтрон при столкновении с ядром «зацепляется» за него лишь одним из своих нуклонов. Этот нуклон поглощается, а второй свободно уходит, почти не меняя направления движения. Реакция срыва наиболее интенсивно идет на дейтронах, поскольку нуклоны в дейтроне очень слабо связаны, расположены далеко друг от друга, Реакция подхвата обратна реакции срыва: падающий на ядро нуклон вырывает из него другой нуклон.
Кроме классических реакций срыва и подхвата типа (д, р) или (р, д), изучаются также более сложные реакции этого типа, например, реакциии подхвата ('Не, а), (д,1) и т.д. В. Квазиупругое выбивание (р, 2Р), (р, рп). Если энергия падающего нуклона намного превосходит энергию связи нуклона в ядре. т. е. если Ер > 100 МэВ, то становится возможным процесс, в котором палающий нуклон сталкивается с одним нуклоном ядра, причем взаимодействие этих двух сталкивающихся нуклонов с остальными играет второстепенную роль. Происходит как бы свободное упругое столкновение двух нуклонов, в результате которого оба нуклона вылетают из ядра. Это и есть реакция квазиупругого выбивания нуклонов. Глава 9.
Ядерные реакции Рис. 9.12, Звезда» в пропановой пузырьковой камере. Образована в результате столкновения протона с энергией 50 Гэй с ядром углерола 431 Э 9. Реакции однонуклонной пеледачи Роль палаюшего протона в таких процессах может играть и другая частица, например, электрон. Такие реакции, обозначаемые (е, ер) и (е, еп), также относят к реакциям квазиупругого выбивания нуклона. Г Прямые процессы с участием сложных частиц — тритонов, «з-частиц и др.
Изучались такие реакции, как (и, 1), (и, ',Не), (и, сг), (р, а), (1, а) и т,л., а также реакции с вылетом из ядра двух и большего числа сложных частиц. Д. Прямые реакции, вызываемые тяжелыми ионами, такими как углерод, азот, кислород. Под действием тяжелых ионов возможны и идут почти все типы реакций, наблюдавшиеся при облучении ядер более легкими частицами, а также некоторые реакции„специфические только для тяжелых ионов. Из этих специфических реакций наиболее изУчены Реакции пеРедачи нУклона, такие как '4н('",х, '~)»1)'зги, '",1«1(~~Г, '" Р)",1»1 и т.д.; реакции кулоновского возбулшения; реакции, в которых получак1тся ялра с очень большими (50Ь и более) угловыми моментами; реакции, в которых получаются новые изотопы с большим дефицитом нейтронов; реакции, в которых получаются новые трансурановые элементы. Е.
Процессы столкновений с участием малого числа частиц, при которых рождаются новые элементарные частицы — пионы, каоны, гипероны и др. Ж. Релятивистские столкновения тяжелых ионов с энергией > 5 ГэВ/нуклон. Эти процессы родственны столкновению всех сильно взаимолейстауюших частиц высокой энергии. При бомбардировке ядер нуклонами или другими частицами очень больших энергий (несколько сотен МэВ и выше) могут происходить «взрывы», в результате которых ядро разваливается на большое количество мелких осколков. На фотозмульсии или на снимке в пузырьковой камере эти разлетаюшиеся осколки образуют многолучевую звезду (рис.9.12). Такого типа реакции носит название процессов с образованием звезд. Большинство прямых процессов при не слишком высоких энергиях происходит на поверхности ядра.
Эта особенность прямых процессов обусловлена тем, что при не очень высокой энергии (< 100 МэВ) вероятность частице пролететь через все ядро, не испытав цепочки взаимодействий и не поглотиться, мала. $ 9. Реакции однонуклонной передачи (срБ1ва, подхвата и квазиупругого выбивания нуклона) Примером достаточно простых и информативных прямых реакций являются реакции срыва и подхвата (д, р), (д, и), (р, д), (,'Не, о), (д,1) и т, д. Эти реакции называют также реакциями однонуклонной передачи, так как 432 Глава 9. Ядерные реакции Срыв Р и о:.я))-- Подхват Р и О дырка А+1 д,к д Рвс. 9.13. Реакции срыва и подхвата в них налетавшая частица и ядро-мишень обмениваются одним нуклоном (см. рис.
9.13). Ограничимся качественным рассмотрением реакции срыва (Н.р) и обратной ей реакции подхвата (р,д). Эти реакции, как уже отмечалось, обычно идут на поверхности ядра. В первой из них (срыв) один из нуклонов дейтрона (в данном случае это нейтрон) захватывается ядром, а другой (протон) движется в направлении своего первоначального импульса, практически не взаимодействуя с ядром.
Реакцию срыва удобно использовать для изучения тех состояний (уровней) конечного ядра А+ 1, которые связаны с изменением положения отдельного нуклона (т.е. одночастичных состояниИ). При срыве захваченный ядром нейтрон занимает один из свободных энергетических уровней (он на рисунке условно показан пунктиром), причем с большой вероятностью остальная часть ядра — остов — не возбуждается.
При этом протон несет информацию об этом уровне — его энергии, четности, моменте количества движения захваченного нейтрона на этом уровне. Реакция полхвата (р,г1) обратна реакции срыва (г1,Р) н протекает аналогично. Она также удобна для изучения состояний, занимаемых отдельными нуклонами ядра. Подхваченный налетаюшим протоном нейтрон ядра оставляет вакансию (дырку) на том уровне, который он занимал, а образовавшийся дейтрон несет информацию об этом уровне. Информация об одночастичных ядерных состояниях в реакциях однонуклонной передачи содержится в угловых распределениях вылетающих частиц (т.е. в зависимости вероятности вылета от угла, отсчитанного от направления первичного пучка). Свойственное прямым реакциям однократное взаимодействие начальных и конечных частиц с ядром-мишенью и конечным ядром приводит, во-первых, к сильной зависимости угловых распределений продуктов реакции от квантовых чисел уровня, на который «срывается«, либо с которого «подхватывается* нуклон.
По угловому распределению продуктов реакции можно определить эти квантовые числа. 433 ф 9. Реакции одионуклоннои передпчи ТаблнВВв 9.2 Степень заполнения нейтронных одночвстичных уровней в ядре РЬ 2ВВ (и — среднее число частиц илн дырок нв уровне п1 ) Появление чисел, несколько ббльших единицы, связано с неточностью интерпретации экспериментальных данных. Во-вторых, однократное взаимодействие влечет за собой зависимость сечения от степени заполнения уровня другими нуклонами.
Очевидно, например, что нейтрон в реакции 2ВВО(21, р)"„0 не может сесть на уровень 1р222, поскольку все 4 состояния уже заняты лругими нейтронами. В общем случае сечение реакции срыва прямо пропорционально числу дырок, а сечение реакции подхвата — числу нукяонов в подоболочке п1 . В табл. 9.2 приведены полученные с помощью реакций срыва и полхвата средние числа частиц и„„, и лырок п„р (нормированные на их возможное максимальное число 22'+ 1, предсказываемое моделью оболочек) на нейтронных уровнях дважды магического ядра 'в,"РЬ, Как видно из таблицы. ядро 'вВРЬ с хорошей точностью является ядром с заполненными нейтронными оболочками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
