Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 150
Текст из файла (страница 150)
В течение некоторого времени - времени жизни составного ядра — энергии каждого (Гл. ХП1 Ядерные реакции 594 нуклона недостаточно для вылета из ядра, хотя ядро в целом сильно возбуждено. Наконец, по истечении некоторого времени возникает какая-то большая флуктуация, в результате которой один из нуклонов (обычно нейтрон) получает энергию, достаточную для «испарения» из ядра.
Затем может испариться другой нуклон, и т, д. Следует ожидать, что в модели испарения составного ядра угловое распределение частиц, образующихся после распада составного ядра, в системе центра масс должно быть сферически-симметричным, а не только обладать симметрией «вперед-назад». Это должно происходить потому, что сферически-симмотрично само составное ядро, поскольку его симметрия устанавливается в процессе достижения термодинамического равновесия.
На самом деле, как показывает опыт, угловое распределение, как правило, содержит анизотропную часть, не обладающую даже симметрией «вперед-назад»: обычно ббльшая часть частиц летит вперед. Следует ожидать также, что в модели испарения процентная доля частиц, образующихся при распаде составного ядра по определенному каналу, не должна зависеть от способа образования составного ядра, так как в процессе установления термодинамического равновесия ядро совершенно «забывает» о способе своего образования. Эта закономерность обычно выполняется тоже лишь приближенно. Наконец, распределение по энергиям вылетающих частиц не полностью согласуется с тем, что предсказывает л«одела испарения. Напомним еще, что и в случае резонансных ядерных реакций, идущих через составное ядро, наблюдаются некоторые расхождения с опытом.
Это свидетельствует о том, что помимо реакций, идущих через составное ядро, имеются и другие существенные механизмы ядерных реакпий. й 91. Дополнительные сведения о ядерных реакциях 1. Помимо ядерных реакций, идущих через составное ядро, существуют прямые ядерные реакции. В таких реакциях энергия, вносимая в ядро, передается преимущественно одному или небольшой группе нуклонов, которые и покидают ядро. Прямые ядерные реакции могут вызываться всевозможными налетающими частицами от у-квантов до многозарядных ионов во всем доступном диапазоне энергий (до нескольких гигаэлектронвольт и выше). Первые из таких реакций были открыты в начале 50-х годов.
Это были реакции срыва (д, р) и (д, и), а также реакции подкваша (р, д) и (и, д) при взаимодействии дейтронов с легкими ядрами. В реакции срыва (д, р), например, налетающий дейтрон, взаимодействуя с одним или несколькими периферийными нуклонами ядра, лишается своего нейтрона, который остается в ядре, а протон продолжает лететь дальше. Напротив, в реакции подхвата (р, б) налетающий протон уносит один из периферийных нейтронов, так что из ядра вылетает дейтрон. Образующиеся в этих реакциях протон и дейтрон вылетают в основном вперед (т.е. в направлении пучка налетающих частиц). з 91) Дополнительные сведения о ядерных реакциях 595 Известны прямые ядерные реакции, в которых нуклон (или группа нуклонов) переходит от одного из сталкивающихся ядер к другому (рсакции передачи), прямые реакции квазиупругого рассеяния, например (р, 2р), реакции выбивания из ядра дейтронов, например (р, рд), и т.
д, Все прямые ядерные реакции характеризуются сильной угловой анизотропией вылета частиц и сравнительно слабой зависимостью сечения а от энергии налетающей частицы. Ядро, остающееся в результате прямой ядерной реакции, находится, как правило, либо в основном, либо в слабовозбужденном состоянии. Особенности прямых ядерных реакций можно понять, если предположить, что вылезающая из ядра частица получает энергию и импульс в результате взаимодействия непосредственно с налетающей частицей. Надо также предположить, что такие процессы происходят на периферии атомного ядра. Это уже предполагалось, когда выше говорилось о реакциях срыва и подхвата.
На периферии ядра плотность нуклонов заметно моньше, чем в центре, так что нуклон (или группа нуклонов), получив энергию и импульс от влетевшей частицы, может со значительной вероятностью покинуть ядро. Толщина периферического слоя ядра порядка 1 ферми, а радиус тяжелого ядра 10 ферми. Поэтому относительная вероятность прямой ядерной реакции для тяжелого ядра должна быть около 10% (у легких ядер она болыпе), что подтверждается опытом. 2.
При низких энергиях налетающих частиц основным механизмом ядерных реакций является образование составного ядра (за исключением ядерных реакций с дейтронами). Если энергия возбуждения составного ядра меньше энергии отделения от него нуклона или системы нуклонов, то единственным способом его распада является испускание у-квантов (радиационный захват). Если же нуклоны или частицы, образованные из них, могут вылетать из ядра, то этот вылет может происходить еще до того, как сформируется равновесное составное ядро (так называемый прсд1мвповесный распад). При больших энергиях налетающих частиц преобладают прямые процессы.
Если энергия налезающей частицы превышает 100 МэВ, то представления Бора о составном ядре перестают оправдываться. Влетая в ядро и сталкиваясь с его нуклонами, частица высокой энергии не успевает потерять всю свою энергию, так как число столкновений ее с нуклонами может оказаться для этого недостаточным. Частица вылетает из ядра, потеряв лишь часть своей энергии. Ядерная реакция при больших энергиях обычно (но не всегда) проходит через две стадии. Сначала частица выбивает из ядра несколько быстрых нуклонов, энергия и угловое распределение которых зависят от энергии налетающей частицы и параметров столкновения. Часть вторичных нуклонов в течение некоторого времени совершает запутанное движение внутри ядра, в результате чего образуется составное ядро, сильно отличающееся от ядра-мишени.
На второй стадии происходит распад составного ядра с вылетом из него нуклогюв, групп нуклонов или элементарных частиц пионов, каонов, гиперонов и пр. При очень высоких энергиях налетающих частиц (несколько сотен мегазлектронвольт и выше) могут (Гл. Х111 Ядерные реакции 596 происходить «взрывы» ядер, в результате которых ядро разваливается на несколько более мелких осколков. Такой взрыв оставляет в фотоэмульсиях или пузырьковых камерах треки, образующие многолучевую «звездуы Соответствующие процессы называются процессами с образованием звезд.
Время протекания прямых ядерных реакций это время, необходимое частице, чтобы пролететь область пространства, заполненную ядром (порядка 10 аз с), тогда как среднее время жизни составного ядра много больше (порядка 10 «4 — 10 зь с). 3. Эффективное сечение прямой ядерной реакции а(й) зависиг от энергии й монотонно, тогда как для реакций, идущих через составное ядро, как мы видели., наблюдаются резонансные максимумы.
Резонансные максимумы энергии составного ядра налагаются друг на друга и энергетический спектр приобретает сплошной характер, когда энергия налетающей частицы достаточно велика (1 МэВ и выше). В этих случаях ход поперечного сечения реакции в зависимости от энергии достаточно удовлетворительно передается так называемой оптической моделью ядра. В оптической модели ядро рассматривается как сплошная среда, преломляющая и поглощающая волны де Бройля падающих на него частиц.
Тем самым задача многих тел формально сводится к задаче о движении одной частицы в заданном силовом иоле. Свойства ядра в оптической модели по аналогии с оптикой характеризуются показателем преломления. Для учета поглощения волн де Бройля этот показатель считается комплексным и выражается через гамильтониан взаимодействия налетающей частицы с ядром, который также выбирается комплексным. Для согласования с опытными данными наряду с объемным поглощением ядра вводится еще поверхностное. поглощение.
Предельным частным случаем оптической модели является модель черного ядра. Она характеризуется том, что всякая частица, упавшая на ядро, поглощается последним. Однако для согласования с опытом в случае больших энергий падающих частиц черное ядро приходится считать частично прозрачным. Недосзаток оптической модели состоит в том, что все параметры ядра — комплексный показатель преломления, комплексный гамильтониан, поверхностное поглощение, прозрачность черного ядра — подбираются эмпирически и вводятся искусственно для описания некоторых свойств ядер, а не получаются из какой-то последовательной физической теории ядра.
Но этот недостаток присущ всякой искусственно вводимой модели, а не только оптической модели ядра. 4. Остановимся на некоторых особенностях ядерных реакций, отличающихся различной природой бомбардирующих частиц. Сюда относятся ядерные реакции под действием нейтронов, протонов, дейтронов, а-частиц, многозарядных (тяжелых) ионов, у-квантов. Реакции под действием нейтронов, протонов и о-частиц во многих отношениях сходны между собой.
Причина этого — в одинаковости механизма этих реакций: в большинстве случаев все они идут с образованием и последующим распадом составного ядра. Различие же з 91) Дополнительные сведения о ядерны: реакциях 597 лэВе + гНе — > ~~сС + оп + 5,6 МэВ, до настоящего времени широко используемая в качестве простейшего источника нейтронов (см. 9 85). Реакции, идущие с вылетом заряженных частиц, в сильной степени зависят от прозрачности кулоновского барьера. По этой причине поглощение медленных нейтронов приводит к испусканию либо ч-квантов (радиационный захват), либо нейтронов первоначальной энергии (упругое рассеяние). Исключение составляюг только самые легкие ядра.
Но и на самых легких ядрах при малых энергиях падающих частиц ядерные реакции с испусканием заряженных частиц наблюдаются очень редко. У самых тяжелых ядер (например, у зэьВ) возможен также процесс деления. Таким образом, в области малых энергий основной вклад в полную ширину уровня Г вносят радиационная Гч и нейтронная Г„ширины.
Остальные ширины пренебрежимо малы. 5. В соответствии с формулой (89А) сечения радиационного захвата он и упругого рассеяния се„„можно представить в виде п„Г а Г ~-Г„' о (91.1) о„Г„ пп=г Г ~ 7 + (91.2) между ними в основном связано с различием зарядов бомбардирующих частиц. Оно сказывается на проницаемости кулоновского барьера, когда бомбардирующая частица находится за пределами ядра, и становится мало существенным для последующего распада образовавшегося составного ядра, когда начинают действовать ядерные силы, определяющие механизм реакции. Сечения ядерных реакций, обусловленные захватом о-частиц малой (около 1 кэВ) и средней (от 1 кэВ до 1 МэВ) энергий, ничтожно малы даже при взаимодействии с легкими ядрами и быстро возрастают с увеличением энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
