Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 145
Текст из файла (страница 145)
Электроны, возникшие вдоль траекторий движения частицы при ионизации атомов газа, ускоряются электрическим полем и сами вызывают ионизацию и возбуждение атомов. В результате на очень ) Вершина — точка в фотоэмульсии, где произошло взаимодействие. 574 Источники и методы регистрации ядерных частиц (Гл. Х!! коротком пути частицы возникают электрон-фотонные лавины, перерастающие либо в видимый глазу искровой разряд, либо в локальные светящиеся области неболыпого объема (стримеры). Узкозазорная искровая камера состоит из набора близко расположенных одинаковых плоскопараллельных электродов, отделенных друг от друга промежутками около 1 см. Электроды соединены через один.
Половина электродов заземлена, а на другую в момент прохождения частицы подается короткий высоковольтный импульс напряжения порядка 1 кВ/см. Цепь искр, проскакивающих между пластинами в момент подачи этого импульса, воспроизводит траекторию частицы с точностью до долей миллиметра. Временное разрешение порядка 10 ь с, полное время восстановления порядка 10 с. В широкозазорных искровых камерах расстояние между электродами 3 — 50 см. Электрон-фотонные лавины, развивающиеся в результате прохождения первичной частицы, сливаются в узкий светящийся канал вдоль траектории частицы. В этом режиме могут регистрироваться треки под углами не более 50' к направлению электрического поля в камере.
Для наблюдения треков под большими углами вплоть до 90' используется так называемый стримерньсй режим. Стримерн л камера есть разновидность искровой камеры, на которую подается импульс 20 кВ/см с более коротким фронгом и длительностью 10 нс. В этой камере разряд, вызванный импульсом высокого напряжения, обрывается на ранней стадии. В результате треки заряженных частиц, прошедших через камеру, выглядят как цепочки отдельных (несливающихся) стримеров, длиной в несколько миллиметров каждый. Трековые искровые камеры и стримерные камеры характеризуются высокой эффективностью к одновременной регистрации многих частиц (ливней частиц), а также малой пространственной и угловой погрешностью определения траектории (около 10 з рад).
Кроме фотографирования в искровых камерах широко применяют безфильмовые методы регистрации с использованием ЭВМ. Координаты искр записываются в память ЭВМ, где сразу же подвергаются математической обработке. Глава ХШ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ й 87. Терминология и определения 1. О лдервых реакциях уже неоднократно говорилось на протяжении нашего курса. Рассмотрим теперь относящиеся сюда вопросы более систематично, допуская повторения в тех немногих случаях, где это необходимо.
В самом широком смысле слова ядерной реакцией называется процесс, возникающий в результате взаимодействия нескольких (как правило двух) сложных атомных ядер или элементарных частиц. Под это определение подходит и упругое рассеяние частиц, например иуклона на нуклоне, т.е. такое рассеяние, при котором не образуются новые частицы и нс происходит их возбуждения, а происходит лишь перераспределение энергии и импульса между ними.
При неупругом рассеянии также нс возникают новые частицы, но по крайней мере одна из них переходит в возбужденное состояние. В настоящей главе рассматриваются ядерные реакции только в узком смысле. В эаких реакциях среди исходных частиц обязательно имеется по крайней мере одно ядро. Оно сталкивается с другим ядром или элементарной часгицей, в результате чего происходит ядерная реакция и образуются новые частицы. Как правило, ядерные реакции идут под действием ядерных сил. Но могут быть и исключения из этого правила. Например, процесс расщепления ядра под действием ч-квантов высоких энергий или быстрых электронов есть ядерная реакция, но она происходит под действием электромагнитных, а не ядерных сил, так как ядерные силы на фогоны и электроны не действуют. Точно так же к ядерным реакциям в широком смысле относятся процессы, возникающие при столкновениях нейтрино с другими частицами, но они совершаются под действием слабых сил.
Ядерные реакции могут происходить в естественных условиях (например, в недрах звезд или в космических лучах). Но их изучение обычно производится в лабораторных условиях на экспериментальных устагювквх, в которых заряженные частицы ускоряются с помощью ускорителей. В этих случаях более тяжелые частицы обычно гюкоятся и называются частицами мишени, а более легкие налетают на них в составе ускоренного пучка. В ускорителях на встречных пучках частицы движутся навстречу друг другу, так что их деление на частицы мишени и частицы пучка теряет смысл. Кроме того, мишень не может состоять из нейтронов и болыпинства элементарных частиц, так как не существует способов приготовления таких мишеней. (Гл.
ХН1 Ядерные реакции 576 2. Ускорением достигается сближение частиц (двух ядер, ядра и нуклона и т.д.) на расстояния порядка 10 ш см, на которых начинают действовать ядерные силы. Энергия налетающей положительной частицы должна бытыюрядка или болыпе высоты кулоновского потенциального барьера ядра (для однозарядной частицы и средних ядер порядка 10 МэВ, а для легких ядер меньше).
В этих случаях ядерная реакция, как правило, и осуществляется за счет ускорения бомбардирующей частицы на ускорителе. Энергия частицы может быть и меньше высоты кулоновского барьера, как это было в классических опытах Кокрофта (1897 — 1967) и Уолтона (р. 1903), которые в 1932 г, впервые осуществили искусственное расщепление ядер лития путем бомбардировки их ускоренными протонами (см. (87.1)). Но в их опытах проникновение протона в ядро лития происходило путем туннельного перехода через кулоновский потенциальный барьер.
Вероятность такого процесса, разумеется, очень мала. Для отрицательно заряженных и нейтральных частиц кулоновский барьер не существует и ядерные реакции могут протекать даже при тепловых энергиях налетающих частиц. 3. Наиболее универсальная и наглядная запись ядерных реакций заимствована из химии. Слева пишется сумма исходных частиц, затем ставится стрелка, а за ней сумма конечных продуктов реакции. Например, запись 1р+ з1 г оп ~ 4гВе (87.1) означает ядерную реакцию, возникающую при бомбардировке изотопа лития зЪ3 протонами, в результате которой возникают нейтрон и изотоп бериллия "Ве.
Запись У+ о~Ве — г 2 о~Не+ о1п означает реакцию расщепления ядра 4Ве на две еычастицы и нейтрон. Такой способ записи ядерных реакций уже неоднократно применялся нами, хотя и без его расшифровки. Ядерные реакции в узком смысле часто записывают в более корогкой символической форме: А(а, Ъсд...)В, где А — ядро мишени, а— бомбардирующая частица, Ъсд ... испускаемые в ядерной реакции частицы,  — остаточное ядро (в скобках после запятой записывают более легкие продукты реакции, вне - более тяжелые). Например, реакция (87.1) может быть записана так: ~Цр, п)тВе.
Запись эоСа(7, рп)овК означает выбивание из ядра 4оСа протона и нейтрона под действием 7-кванта, в результате чего образуется ядро калия о" К. Часто применяют и еще более короткую запись, указывая только легкие частицы и не указывая ядра, участвующие в реакции. Например, запись (р, и) означает выбивание нейтрона из какого-то ядра под действием протона. Ядерная реакция часто может идти несколькими способами, например: ооСи(р. и)"аХп; ьаСп(р, 2п)взХп; оаСп(р, рп)взСп; ваСп(р, р)взСп; ьаСп(р, р')' ьзСп (неупругое рассеяние протонов). Совокупность сталкивающихся частиц в определенном квантовом состоянии (например, р и ядро ваСп) называется входным каналом ядерной реакции.
Частицы, й 87) Терминология и определения 577 рождающиеся в результате ядерной реакции в определенных квантовых состояниях (например, р, и и ядро еаСп с определенными орбитальными моментами и проекциями спинов на выделенное направление) образуют выходной капал ядерной реакции. 4. Количественное описание ядерных реакций с квантовомеханической точки зрения может бьггь только статистическим, т.е. таким, в котором принципиально можно говорить лишь о вероятностях различных процессов, характеризующих ядерную реакцию. Например, реакция а + А -э Ь + В, в начальном и конечном состояниях которой имеются по две частицы, в этом смысле полностью харакгеризуется дифферепциа ьным гффективньгм сечением рассеяния до/дй внутрь телесного угла дй = вш 0 д0 сбр, где 0 и ~р полярный и азимутальный углы вылета одной из частиц (обычно легкой), причем угол 0 отсчитывается от направления движения налетающей частицы. Зависимосгь дифференциального эффективного сечения от углов 0 и 1о называется угловым распределением частиц, образующихся в реакции.
Интегральным или полном сечением, которым характеризуется интенсивность реакции, называется дифференциальное эффективное сечение, проинтегрированное по всем значениям углов 0 и х; (87. 2) Если налетающая частица и частицы мишени не имеют спиноз или ориентированы хаотически, то все процессы аксиально-симметричны относительно направления движения частицы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
