ПРЯМЫЕ ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
ядерные
процессы, в к-рых вносимая в атомное ядро энергия передаётся преим. одному
или небольшой группе нуклонов. П. я. р. многообразны, они вызываются
всевозможными налетающими частицами (от у-квантов до многозарядных ионов)
в широком диапазоне энергий (от неск. Мэв до неск. Гэв). Для
П. я. р. характерны сильная угловая анизотропия и сравнительно слабая
зависимость
вероятности процесса (эффективного поперечного сечения)
от энергии
частицы. Ядро, образующееся в результате П. я. р., находится, как правило,
либо в слабо возбуждённом, либо в основном состояниях.
П. я. р. открыты в нач. 50-х гг. 20 в.
Первыми были обнаружены реакции дейтронного срыва (d, р) и подхвата (р,
d) на лёгких ядрах. Образующиеся в этих реакциях протоны и дейтроны
вылетают
в основном вперёд (в направлении пучка налетающих частиц). Известны П.
я. р., в к-рых нуклон или группа нуклонов переходят от одного из сталкивающихся
ядер к другому. П. я. р. типа (х, ху) наз. квазиупруг им рассеянием.
В этих реакциях импульсы и энергии налетающей (х) и вылетающих (х,
у) частиц связаны почти так же, как при упругом рассеянии частицы х
на свободной частице
у. Наиболее хорошо изучены реакции квазиупругого
рассеяния, вызываемые
альфа-частицами, протонами и я-мезонами на
лёгких ядрах. Наблюдается также выбивание из ядра слабо связанных частиц
- дейтронов, т. е. реакции (р, pd) и т. п.
Особенности П. я. р. могут быть объяснены,
если допустить, что вылетевшие из ядра частицы получают энергию и импульс
в процессе непосредственного взаимодействия с налетающей частицей (отсюда
- эпитет "прямые"), остальная же часть ядра-мишени участвует в реакции
лишь как "наблюдатель" (спектатор). В этом смысле П. я. р. являются как
бы антиподом ядерных реакций, проходящих через стадию образования
составного
ядра, когда энергия, вносимая в ядро, статистически распределяется
между всеми нуклонами из-за многократных столкновений их друг с другом.
В теории П. я. р. предполагается, что они
происходят на периферии ядра, где плотность нуклонов мала, вследствие чего
нуклон, получивший достаточную энергию в результате взаимодействия с внеш.
агентом, имеет значит. вероятность покинуть ядро без столкновений. Периферийный
слой ядра имеет протяжённость 1 ферми, тогда как радиус средних
и тяжёлых ядер достигает величины 10 ферми. Т. о., относительная
вероятность П. я. р. должна быть 10% (у лёгких ядер несколько больше).
Эти оценки подтверждены опытами.
Количественная теория П. я. р. была предложена
С. Батлером (Австралия) в 50-х гг. впервые применительно к реакциям срыва.
Она основывалась на квантовомеханич. (шредингеровском) описании ядра и
использовании представлений о потенциальном взаимодействии налетающей частицы
с нуклонами. Развитие этой теории привело к формулировке "борновского приближения
с искажёнными волнами", в к-ром, помимо акта взаимодействия, вызывающего
реакцию, учитывается дифракция налетающих частиц на ядре-мишени и вылетающих
- на остаточном ядре.
В 60-х гг. был сформулирован иной подход
к теории П. я. р., основанный на использовании методов квантовой теории
поля (фейнмановской диаграммной техники). Этот подход, наз. иногда
дисперсионной теорией П. я. р., был вызван неприменимостью потенциального
приближения к реакциям с участием релятивистских частиц и расширением многообразия
П. я. р., в частности обнаружением процессов выбивания плотных частиц,
стационарно не существующих в ядре и потому не описываемых волновыми функциями.
Дисперсионная теория даёт возможность выразить вероятность П. я. р. через
константы, характеризующие ядро (напр., эффективное число частиц данного
сорта на периферии ядра), и через амплитуды вероятности элементарного акта,
т. е. процесса взаимодействия налетающей и внутриядерной частиц. Она позволяет
также выяснить область применимости представлений о "прямом" взаимодействии
для конкретных реакций и указать эксперименты, необходимые для установления
механизма процесса.
П. я. р. используются для изучения спектра
ядерных уровней, структуры периферии ядра, в частности - периферийных коррелированных
групп нуклонов (кластеров) и получения данных о взаимодействии нестабильных
элементарных частиц с нейтронами и нуклонными изобарами. Последний аспект
связан с исследованиями П. я. р. при высоких энергиях.
Лит.: Батлер С., Ядерные реакции
срыва, пер. с англ., М., 1960; Austern N., Direct reactions, в сб.: Selected
topics in nuclear theory, Vienna, 1963; Шапиро И. С., Теория прямых ядерных
реакций, М., 1963; его же, Некоторые вопросы теории ядерных реакций при
высоких энергиях, "Успехи физических наук", 1967, т. 92, с. 549.
И. С. Шапиро.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я