7.3 Основные характеристики ядерных реакций

7.3.1 Выход ядерной реакции

В отличие от химических реакций, при которых исходные вещества, взятые в эквивалентных количествах, реагируют практически нацело, ядерную реакцию вызывает лишь небольшая доля частиц из общего потока, пронизывающего бомбардируемую мишень. Это происходит прежде всего из- за малых размеров атомного ядра(10^-14м), по сравнению с размерами всего атома, вследствие чего вероятность соударения бомбардирующей частицы и ядра, приводящего к ядерной реакции, крайне мала. Из миллиона попадающих на мишень ускоренных частиц не более одной вступает в ядерное взаимодействие. Остальные рассеивают свою энергию на электронах атомов мишени и замедляются до скоростей, при которых реакция становится невозможной

Поэтому важной характеристикой ядерной реакции является ее эффективность, или выход реакции (Y), т.е. отношение числа частиц, принимающих участие в ядерном превращении (N_r), к общему числу бомбардирующих частиц (N_o).

, (6.2)

где Y - выход ядерной реакции;

N_r- число частиц, принимающих участие в ядерном превращении;

N_o- общее число бомбардирующих частиц;

Значение Y зависит от типа реакции, от энергии падающих частиц, типа мишени, геометрии. Значением Y может иметь значение от 0 до 1.

7.3.2 Эффективное сечение ядерных реакций

Чтобы рассчитать выход ядерной реакции, надо знать вероятность того, что частица столкнется с атомным ядром и при этом произойдет интересующая нас реакция. Вероятность того, что два ядра вступят во взаимодействие, характеризуется эффективным сечением реакции().

Эффективное сечение ядерной реакции – это площадь поперечного сечения ядра, в которое должно «попасть» другое ядро, чтобы произошло их взаимодействие

Число частиц, принявших участие в ядерной реакции можно найти из уравнения:

N_r = N_0·( 1- e^- ) (6.3)

где N_r- число частиц, принявших участие в ядерной реакции;

N₀ –число частиц, падающих на мишень;

n₀ – число ядер мишени в 1 м³ ;.

– толщина мишени в м

Функцию e^- можно разложить в ряд :

e^- = 1 - + -…..

Если пучок нейтронов падает на тонкую мишень, т. е. такую, при прохождении через которую интенсивность пучка практически не меняется, а показатель степени мал, в разложении можно ограничиться только первыми двумя членами. Тогда уравнение () можно записать:

N_r = N_0·n_0·у·х (6.4)

Отсюда,

Каждая ядерная реакция характеризуется своим эффективным сечением.

Отсюда следует, чем более вероятен процесс, тем больше его эффективность и поперечное сечение. Эффективные сечения ядерных реакций имеют значения от 10^-22 до 10^-44м².

Эффективное сечение реакции лишь по названию и размерности напоминает геометрическое сечение ядра. Фактически же - это условная величина, определяющая вероятность ядерной реакции при данных условиях.

Число нейтронов, проходящих через единицу объема в единицу времени, называется нейтронным потоком Ф.

Скорость любой нейтронной реакции можно выразить через произведение полного потока нейтронов на макроскопическое сечение:

.

Кроме понятия выхода реакции, существует понятие плотность потока (или поток), обозначается Ф и представляет собой число частиц N , падающих на 1м² площади S в единицу времени t(с) - ( ):

Ф = (6.5)