ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ , превращения
атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами, -у-квантами
или друг с другом. Для осуществления Я. р. необходимо сближение частиц
(двух ядер, ядра и нуклона и т. д.) на расстояние 10-¹³ см.
Энергия
налетающих положительно заряженных частиц должна быть порядка или больше
высоты кулоновского потенциального барьера ядер (для однозарядных
частиц 10 Мэв). В этом случае Я. р., как правило, ссуществляются
бомбардировкой веществ (мишеней) пучками ускоренных частиц. Для отрицательно
заряженных и нейтральных частиц кулоновский барьер отсутствует, и Я. р.
могут протекать даже при тепловых энергиях налетающих частиц.

Я. р. записывают в виде:
А(а, вcd)B,
где
А
- ядро мишени, а - бомбардирующая частица, в, с, d -
испускаемые частицы, В - остаточное ядро (в скобках записываются более
лёгкие продукты реакции, вне - наиболее тяжёлые). Часто Я. р. может идти
неск. способами, напр.: ⁶³Си (р, n) ⁶³Zn,
⁶³Cu(p,
2n)⁶²Zn,

⁶³Cu (p, pn)⁶²
Cu, ⁶³Cu (р, р)⁶³ Си, ⁶³Си(р, р')⁶³Си.

Состав сталкивающихся частиц наз. входным
каналом Я. р., состав частиц, образующихся в результате Я. р., - выходным
каналом.

Я. р. - осн. метод изучения структуры
ядра и его свойств (см. Ядро атомное ). Однако роль их велика и
за пределами физики: реакции деления тяжёлых ядер и синтеза легчайших ядер
лежат в основе ядерной энергетики. Я. р. используются как источник
нейтронов, мезонов и др. нестабильных частиц. С помощью Я. р. получают
св. тысячи радиоактивных нуклидов, применяемых во всех областях науки,
техники и медицины.

Исследования Я. р. включают идентификацию
каналов реакции, определение вероятности их возбуждения в зависимости от
энергии бомбардирующих частиц, измерение угловых энергетич. распределений
образующихся частиц, а также их спина, чётности, изотопического спина
и
др.

Я. р. подчиняются законам сохранения
электрич. заряда, числа нуклонов (барионного заряда), энергии и
импульса. Закон сохранения числа нуклонов означает сохранение массового
числа А. Я. р. могут протекать с выделением и с поглощением энергии
Q, к-рая в 10⁶ раз превышает энергию, поглощаемую или выделяемую
при реакциях химических. Поэтому в Я. р. можно заметить изменение
масс взаимодействующих ядер. Энергия Q, выделяемая или поглощаемая
при Я. р., равна разности сумм масс частиц (в энергетич. единицах) до и
после Я. р. (см. Относительности теория).

Эффективное сечение Я. р. - поперечное
сечение, к-рое нужно приписать ядру с тем, чтобы каждое попадание в него
бомбардирующей частицы приводило к Я. р. (см. Эффективное поперечное
сечение). Эффективные сечения Я. р. а зависят от энергии бомбардирующих
частиц, типа реакции, углов вылета и ориентации спинов частиц - продуктов
реакции (а10 -10 ). Макс, сечение Я. р. определяется геометрич. сечениями
ядер 02, если радиус ядра R больше,
чем длина волны де Бройля частицы X. Для нуклонов X = R, когда их
энергия S г 10/Л²/³. В области малых энергий
X".R и сечение Я. р. определяет уже не R, а X, напр, для медленных
нейтронов а2. В промежуточной области
энергий о2.

Выход Я. р. - отношение числа актов
Я. р. к числу частиц, упавших на 1 см² мишени. Для тонкой
мишени и однородного потока частиц выход Я. p. W = = па,
где и -
число ядер на 1 см² мишени. Заряженные частицы, ионизируя
атомы мишени, теряют энергию и останавливаются. Их пробег в мишенях порядка
мкм
или см в зависимости от энергии. В результате выходы Я. р. также малы
(10-³ - 10-⁶). Для Я. р. с частицами высоких энергий
выход больше. Для частиц, к-рые могут вызывать Я. р. при любой энергии
(нейтроны, я-мезоны), выход при достаточно больших мишенях может достигать
1.

Продукты Я. р. образуются в небольшом
количестве: для ускоренных налетающих частиц порядка неск.
мг в
час; в мощных ядерных реакторах (Я. р. под действием нейтронов) -неск.
г
в
час. Концентрация получаемых продуктов, как правило, мала. Для их выделения
и идентификации используются методы радиохимии
и масс-спектрометрии.
Регистрация продуктов Я. р. осуществляется детекторами ядерных излучений.

Механизмы Я. р. Налетающая частица,
напр, нуклон, может войти в ядро и вылететь из него под другим углом, но
с той же энергией (упругое рассеяние). Нуклон может столкнуться непосредственно
с нуклоном ядра; при этом, если один или оба нуклона имеют энергию, большую,
чем энергия, необходимая для вылета из ядра, то они могут покинуть ядро
без взаимодействия с другими его нуклонами (прямой процесс). Существуют
и более сложные прямые процессы, при к-рых энергия налетающей частицы передаётся
непосредственно одному или небольшой группе нуклонов ядра (см. Прямые
ядерные реакции). Если энергия, внесённая влетевшей частицей, постепенно
распределится между многими нуклонами ядра, то ядерные состояния будут
становиться всё более и более сложными, однако через нек-рое время наступит
динамич. равновесие - различные ядерные конфигурации будут возникать и
распадаться в образовавшейся системе, наз. составным ядром.
Составное
ядро неустойчиво и через короткое время распадается на конечные продукты
Я. р. Если в некоторых конфигурациях энергия одного из нуклонов окажется
достаточной для его выброса из ядра, то составное ядро распадается с испусканием
нуклона. Если же энергия сосредоточивается в нек-рых группах частиц, существующих
в составном ядре короткое время, то возможно испускание
альфа-частиц,
тритонов, дейтронов и др. При энергиях возбуждения составного ядра,
меньших энергии отделения от него частиц, единственный путь его распада
- испускание -у-квантов (радиационный захват). Иногда выброс частиц
происходит до того, как установилось равновесие, т. е. до образования составного
ядра (механизм предравновесного распада).

Различные механизмы Я. р. отличаются
разным временем протекания. Наименьшее время имеет прямая Я. р. Это время,
к-рое необходимо частице, чтобы пройти область пространства, занимаемую
ядром (10-²² сек). Среднее время жизни составного ядра
значительно больше (до 10-¹⁵ - 10-¹⁶ сек).
При
малых энергиях налетающих частиц осн. механизмом Я. р., как правило, является
образование составного ядра (за исключением Я. р. с дейтронами). При больших
энергиях преобладают прямые процессы.

Характер зависимости эффективных сечений
Я. р. а от энергии & налетающих частиц а($)
различен
для разных механизмов Я. р. Для прямых процессов зависимость
а() имеет
монотонный вид. В случае Я. р., идущих с образованием составного ядра,
при малых энергиях частиц в а(?) наблюдаются максимумы, к-рые соответствуют
уровням энергии составного ядра. В области больших энергий ($ >
15 Мэв для средних и тяжёлых ядер) уровни энергии составного ядра
перекрываются и сечение монотонно зависит от энергии. На этом фоне выделяются
более широкие максимумы, соответствующие возбуждению изобараналоговых состояний
(состояний ядра, у к-рых изотопич. спин больше, чем в осн. состоянии),
а также т. н. гигантские резонанс ы. Эти более широкие максимумы соответствуют
уровням ядра, образующимся при слиянии ядра с налетающей частицей; они
имеют более простую структуру, чем уровни составного ядра. Время жизни
%
возбуждённого
ядра связано с полной шириной Г наблюдаемых максимумов соотношением: Г
= h/т (h - Планка постоянная).

При распаде составного ядра конечное
ядро может образовываться как в основном, так и в возбуждённых состояниях.
Энергетич. спектр продуктов распада составного ядра в области более высоких
энергий состоит из отд. линий, в области низких энергий вылетающих частиц
имеет широкий максимум. Угловое распределение конечных продуктов (в системе
центра масс) в резонансной области энергии симметрично относительно направления,
образующего угол 90° с направлением налетающих частиц. В области энергии,
где энергетич. уровни составного ядра перекрываются, квантовые характеристики
различных уровней составного ядра усредняются и угловое распределение испускаемых
частиц оказывается, как правило, сферически симметричным.

Частицы - продукты Я. р., как правило,
поляризованы. Поляризация возникает и в том случае, когда пучок бомбардирующих
частиц не поляризован. Если же он поляризован, то наблюдается азимутальная
асимметрия продуктов Я. р. (см. Поляризованные нейтроны, Ориентированные
ядра).

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