Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 151
Текст из файла (страница 151)
Под действием се-частиц идут преимущественно реакции типа (се, р) и (се, и). Альфа-частицы, возникающие при радиоактивных распадах, могут вызывать реакции только на легких ядрах (А < 50), для которых высота кулоновского потенциального барьера порядка 10 МэВ, причем вероятность реакции (о, и) болыпе, чем реакции (се, р), так как испусканию протонов препятствует кулоновский потенциальный барьер, а для нейтронов такого барьера нет. В случае тяжелых ядер (А > 100) высота кулоновского барьера для о-частиц около 25 МэВ.
Когда энергия се-частицы превышает это значение, реакции типа (се, р) и (се, и) идут практически с одинаковой вероятностью. При реакциях типа (се, р), как правило, образуются стабильные ядра, а при реакциях типа (се, и) — радиоактивные. Примером реакции типа (а, и) может служить реакция (Гл. Х1!1 Ядерные реакции 598 где пп — сечение образования составного ядра при захвате нейтрона. Следовательно, (91.3) гг„„Г„ кЯ Гр ге ар Г кЯ Г апп Г А так как Гр « Г, Г « Г и т.д., то сечения этих реакций должны были бы быть значительно меньше геометрического сечения кйз. Этот вывод не подтверждается опытом. Измерения для большого числа ядер по неупругому рассеянию нейтронов с энергией 14 МэВ показали, что действительные сечения во много раз превышают те, которые следует ожидать согласно модели составного ядра. Значит, рассматриваемые реакции, по крайней мере в значительной части, идут не через составное ядро, а являются реакциями пряьиого взаимодействия.
Это может У тяжелых (А > 100) ядер Г, > Гп, Следовательно, поглощение медленных нейтронов тяжелыми ядрами в основном приводит к испусканию 7-квантов. Однако с увеличением энергии падающей частицы увеличивается и энергия возбуждения составного ядра. Это ведет к увеличению нейтронной ширины Ггп При энергии падающего нейтрона 1 — 10 кэВ Гп начинает превосходить Г . При переходе к еще большим энергиям падающей частицы упругое рассеяние нейтронов начинает преобладать над радиационным захватом даже у тяжелых ядер. Для относительно легких ядер (А - 50) и энергии падающих нейтронов порядка 100 эВ Гп достигаег величины порядка нескольких электронвольт и оказывается больше Гт, Поглощение нейтронов ядрами ~еВ в широком диапазоне энергий (вплоть до 10 кзВ) следует закону 1гги. Сечение реакции ~еВ(гц ег)~~И примерно в 10э раз превосходит сечение радиационного захвата нейтрона. Столь большая вероятность испускания заряженной гг-частицы связана с тем, что захват нейтрона ядром сопровождается выделением энергии, значительная часть которой (1,77 МэВ) уносится ег-частицей.
1'1оэтому кулоновский барьер не оказывает о-частигге серьезного препятствия для вылета из ядра. Следует отметить, что рассматриваемая реакция включает в себя своеобразное деление составного ядра 'гВ на два осколка (еНе и ~~!0). 6. При больших энергиях падающих нейтронов становится возможным неупругое рассеяние (и, и'), при котором конечное ядро получается не в основном, а в одном из возбужденных состояний. В этом случае оказывается, что Гп значительно превышает все остальные ширины Гр,Г,Г„и т.д., так что Г = Гп. Поэтому сильно возбужденное ядро с подавляющей вероягностью переходит в основное состояние с испусканием нейтронов, а вероятности реакций (и, р), (и, ег), ...
незначительны. Коли бы эти пошгедние реакции шли через составное ядро, то следовало бы ожидать, что их сечения должны представляться выражениями й 91) Дополнительные сведения о ядернвеа реакциях о99 служить иллюстрацией того, что было сказано в начале настоящего параграфа. Т. Под действием протонов идут реакции (р, сю), (р, и), (р; р), (р, 7) и с меньшей вероятностью -- (р, ю1). Реакции (р, а) обычно экзотермические н идут преимущественно на легких ядрах, чак как выход сю-частиц из тяжелых ядер сильно затруднен кулоновским барьером. Напротив, реакции типа (р, и), как правило, эндотермические и обладают порогом 1 — 3 МэВ. В результате таких реакций заряд ядра увеличивается на единицу, а потому оно становится Д'ь- или К+-активным.
Примером могут служить реакции тЬю + юр ю ютВе + юп, ~тВе — ю,'Ь! + е с + и. Реакции (р, р) при энергии падающих протонов, превышающих высоту кулоновского барьера, идут примерно с той же вероятностью, что и реакции (р, и). Реакции тиююа (р, у) обычно харакгеризуются меньшим выходом, так как Г меньше Г, для всех других частиц (ю = сю, и, р); такие реакции приобретают большое значение только в тех случаях, когда вылет частицы ю из ядра почему-либо затруднен. Реакции типа (р, юю), как правило, эндотермическис. Они встречаются реже остальных, твк как дейтрон — слабо связанное ядро. Энергия связи дейтрона равна 2,23 МэВ, и нуклоны в дейтроне находятся на довольно большом расстоянии друг от друга (порядка 4.
10 юз см). Таким образом, дейтрон представляет собой сравнительно «рыхлое» ядро, и эта рыхлость проявляется также в реакциях под действием дейтронов, когда энергия падающей частицы составляет несколько мегаэлектронвольт. Из-за относительно больших размеров дейтрона входящий в него нейтрон может проникнуть в ядро мишени, тогда как протон продолжает находиться еще вне поля действия ядерных сил, а со стороны ядра подвергается только действию кулоновских сил отталкивания и по этой причине так и не проникает в ядро.
Именно зто кулоновскос отталкивание вызывает развал дейтрона и приводит к реакции срыва (о., р), происходящей под действием дейтронов. Существование срыва обьясняет, почему реакция (4, р) является преобладающей над всеми реакциями, производимыми дейтронами. Понятен тот факт, почему при малых энергиях реакция (ю1, р) более вероятна, чем реакция (ю1ю и). Также понятно, почему выход реакции под действием дейтронов гораздо больше, чем соответствующий выход под действием других частиц. Продукты реакции в системе центра масс летят преимущественно вперед, что указывает на то, ч го все реакции срыва идут не через составное ядро.
Важная особенность реакции срыва состоит в толю, что в результате нее получаются изотопы ядер мипюеней с малой энергией возбуждения, которая в ряде случаев меныпе энергии связи по отношению к отделению нейтрона. Этим открывается практическая возможность в реакции срыва под действием дейтронов получать ядра в слабовозбужденных состояниях. Процесс срыва остается основным и в ядерных реакциях под действием дейтронов при высоких энергиях. Только в этих случаях кулоновское отталкивание протонов не играет существенной роли (Гл. ХШ Ядерные реакции 600 и обе реакции срыва (д, р), и (д, и) становятся практически одинаково вероятными.
8. Остановимся теперь кратко на ядерных реакциях, идущих под действием 'у-квантов. Такие реакции называются также фотолдерными. Они вызываются не ядерными, а электромагнитными взаимодействиями. При малых энергиях у-квантов последние могут испытывать при взаимодействии с ядрами только упругое рассеяние. При возрастании энергии у-квантов возможны реакции типа ( у, и), ( у, р), ('у, 2п), ('у, рп), (Т, о) н пр. Этн реакции аныюгнчны поглощению у-квантов атомами, а потому все они называются ядерным фотоэффектом. В делящихся ядрах (см. 3 93) с большой вероятностью идет реакция фотоделения ядра (у, у).
При энергиях, больших порога рождения мезонов, наряду с расщеплением ядра протекают процессы фоторождепил (например, пионов). Для того чтобы какая-либо из фотоядерных реакций могла идти, необходимо, чтобы энергия у-кван га превосходила энергию освобождения соответствующей частицы или группы частиц из ядра. Например, для вылета нейтрона должно быть Ьы ) 1'„, и аналогично для протона и о-частицьь Энергия у-квантов, испускаемых естественными радиоактивными веществами, для этого недостаточна, за исключением только двух случаев, когда величина 1'„мала. Эти случаи осуществляются в реакциях У + 1Н -э оп+ 11Р, У + ~~Бе — > ~гВе+ оп. В других случаях используются у-кванты, получаемые на ускорителях в реакции (р, у) или при тормозном излучении электронов. Необходимо отметить, что в экспериментальном отношении исследование фото- ядерных реакций (у, и) и (у, р) представляет значительно большие трудности по сравнению с исследованием реакций, вызываемых нейтронами и в особенности протонами и о-частицами, так как Т-кванты, получаемые на ускоритолях, в высшей степени не монохроматичны.
Особенностью фотоядерных реакций является существование гигантсгктк реэонангов в сечениях поглощения у-квантов -- больших н широких максимумов в зависимости эффективных сечений о, н о р от энергии Ф . У легких ядер (шС, 1оО) этот максимум расположен в области 20 — 25 МэВ, у средних и тяжелых в области 13 — 18 МэВ. Ширина максимума около 3-4 МэВ. Основной вклад в полное сечение поглощения у-квантов в области гигантского резонанса вносят реакции (у, р) и (у, и). Сечение поглощения Т-квантов ядрами даже в области гигантского резонанса равно 0,05 10 ~~ — 0,1 10 ~~ см, т.е.
на 1 — 2 порядка меньше сечения поглощения таких же у-квантов, вызываемого атомными электронами. Таким образом, фотоядерные реакции слабо влияют на поглощенно у-излучения веществом. Энергетическое и угловое распределение вылетающих частиц при ядерном фотоэффекте не согласуется с концепцией Бора о составном 91 Дополнительные сведения о ядврн х, реакциях 601 ядре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
