Тема 15. Ядерные реакции

Ядерные реакции – превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами ( и с γ- квантами) или друг с другом.

Наиболее распространенная ядерная реакция

Х + а→У + в

Х, У - исходное и конечное ядра;

аив– бомбардирующие и испускаемые элементарные частицы.

Эффективность взаимодействия характеризуется физической величиной – эффективное сечениеσ

[барн]

1 барн = 10^-28м²

N – число частиц, падающих за единицу времени на единицу площади поперечного сечения, имеющего в единице объемаn ядер.

dN - число этих частиц, вступающих в ядерную реакцию в слое толщинойdx.

В любой ядерной реакции выполнятся все законы сохранения

-Iискусственная ядерная реакция

Ядерные реакции могут быть:

1. экзотермические– с выделением энергии;

2. эндотермические - с поглощением энергии.

Для ядерных реакций вводится характерное ядерное время– время, необходимое для пролета частицей расстояния, равной диаметру ядра

(d = 10^-15м).

Виды ядерных реакций:

1. ядерные реакции под действием нейтронов- привело к появлению ядерных реакторов;

2. реакции деления ядра – тяжелое ядро под действием нейтронов и других частиц делится на несколько более легкие ядра и сопровождается испусканием 2-3 вторичных нейтронов;

3. цепная реакция деления –ядерная реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Цепная реакция деления характеризуется коэффициентом размноженияk.Для развития цепной реакции k≥1;

4. реакция синтеза атомных ядер –образование из легких ядер более тяжелых.

Космическое излучение – излучение, приходящее на Землю со всех направлений космического пространства.

Различают первичное и вторичное космические излучения.

Первичное космическое излучение- излучение, приходящее непосредственно из космоса.

Вторичное космическое излучение– образуется в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов земной атмосферы.

Некоторые виды элементарных частиц мы знаем: электрон, протон, нейтрон, фотон.

Помимо этих частиц еще существуют:

а) мюоны – частицы с массой в 200-300 раз, превышающей массу электрона;

б) π – мезоны (средний) – пионы – ядерно – активные частицы,

обуславливающие существование ядерных сил;

в) к – мезоны - каоны - частицы с нулевым спином и с массами ≈ 970 m_e;

с) гипероны– тяжелые нестабильные частицы с массой, большей массы нуклона - 2183-3273m_e.

Различают несколько типов гиперонов: лямбда (λ⁰), сигма (δ⁰,δ⁺,δ^-), кси (ζ⁺, ζ^-), омега (Ω^-);

д) антипротон-- отличается отрзнаком электрического заряда и собственного магнитного момента;

е) антинейтрон -- отличается отn знаком собственного магнитного момента;

з) нейтрино - - нулевой заряд, спин – ½ и нулевая масса покоя;

ж) позитрон- античастица;

При столкновении позитрона с электроном происходит их аннигиляция

Типы взаимодействий элементарных частиц:

1. сильное илиядерноевзаимодействие – связь протонов и нейтронов в ядрах атомов;

2. электромагнитное взаимодействие - в основе лежит связь с электромагнитным полем – ответственно за существование атомов и молекул (взаимодействие «+» ядер и «-» электронов;

3. слабое взаимодействие –ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино и антинейтрино;

4. гравитационное взаимодействие – присуще всем частицам, так как массы элементарных частиц малы – в процессах микромира несущественно.

Элементарные частицы принято делить на 3 группы:

1. фотоны– состоит из лдной частицы – фотона – квант электромагнитного излучения;

2. лептоны – участвуют в электромагнитном и слабом взаимодействиях – электрон, мюон, электронное и мюонное нейтрино;

3. адроны – электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие – протон, нейтрон, пионы, каоны.

Для всех типов взаимодействия элементарных частиц выполняются все законы сохранения.