2. Ядерные реакции и их основные типы

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ–квантов.

, , (8)

X, Y  исходное и конечное ядра; С  промежуточное компаунд-ядро; а, b  бомбардирующая и испускаемая частицы.

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году

(9)

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам сохранения при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т. е. числа нуклонов – протонов и нейтронов).

Классификация ядерных реакций

1. По роду участвующих частиц:

• под действием нейтронов;

• под действием заряженных частиц (протонов, частиц и др.);

• под действием квантов.

2. по энергии вызывающих их частиц:

• малые энергии  1 эВ (с нейтронами);

• средние энергии  1 МэВ (с квантами, частицами);

• высокие энергии  10³ МэВ (рождение новых элементарных частиц);

3. По роду участвующих в них ядер:

• на легких ядрах (А<50);

• на средних ядрах (50<А<100);

• на тяжелых ядрах (А>100);

4. по характеру ядерных превращений:

• с испусканием нейтронов;

• с испусканием заряженных частиц;

• реакции захвата (излучается квант).

3. Закономерности ,  и распадов

распад:  активными являются ядра главным образом тяжелых элементов (А > 200, Z > 82), например:

(10)

 частица образуется при встрече двух протонов и двух нейтронов, имеет скорость 1,410⁷…210⁷ м/c, что соответствует энергиям 4,0…8,8 МэВ.

Закон Гейгера-Нэттола: , (11)

R_ пробег, расстояние проходимое частицей в веществе до полной остановки; . Чем меньше период полураспада радиоактивного элемента, тем больше пробег, а следовательно и энергия  частицы.

 частица с энергией 4,2 МэВ окружена потенциальным барьером кулоновских сил 8,8 МэВ. Ее вылет объясняется в квантовой механике туннельным эффектом.

 распад:  электрон рождается в результате процессов, происходящих внутри ядра. Т.к. число нуклонов не меняется, а Z увеличивается на 1, то один из нейтронов превращается в протон с образованием электрона и вылета антинейтрино:

(12)

Теория  распада с испусканием нейтрино предложена Паули в 1931 г. и экспериментально подтверждена в 1956 г. Обладает высокой проникающей способностью: нейтрино с энергией 1 МэВ в свинце пробегает путь 10¹⁸ м!

распад: не является самостоятельным, а сопровождает  и  распады.  спектр дискретен, для него характерны не волновые, а корпускулярные свойства.  кванты, обладая нулевой массой покоя, не обладая зарядом, не могут замедляться в среде, а могут либо поглощаться, либо рассеиваться. Большая проникающая способность  излучения используется в  дефектоскопии.