22. Определения и классификация ядерных реакций (ЯР)

Определение и обозначение ЯР

ЯР – процесс, происходящий при столкновении двух или более микрочастиц под действием (сильного) ядерного взаимодействия. Пион, протон и т.д.

- процесс столкновения ядра с микрочастицами позволяет извлекать информацию о структуре ядер (сюда входят и упругие столкновения). ЯР служат источником внутренних энергий. Ядра в изолированном виде увидеть не удается.

Обычно в ЯР мишень покоится, а легкая частица движется (эксперименты в лабораторной системе отсчета). Если мишень тяжелая, то центр масс совпадает с центром мишени.

Для обозначения ЯР, как и в химии:

а + А В + b (1)

а – налетающая частица, А – мишень, В – тяжелое ядро, b – легкая частица.

Вместо (1) пишут А(а,b)В.

Каналы ЯР Всевозможные продукты результата реакции называются каналами реакции.

входной канал выходной канал Пример:

протон + Литий(А=7, Z=3) протон + Литий(А=7, Z=3) - упругое рассеяние

(упругий канал)

протон + Литий*(А=7, Z=3) -неупругое рассеяние

(неупругий канал)

альфа + гамма + альфа (2)

альфа + альфа (3)

. . .

протон + альфа + t с тильдой (4)

(2-4) – каналы с перераспределением частиц.

Определение сечения ЯР, их оценка для быстрых и медленных частиц

Вводят понятие дифференциального сечения для описания ЯР. d сигма/ dn d Омега Большая = sin Тетта Большая d Тетта Большая d фи маленькое/

Если происходит ЯР под действием бесспиновых частиц, то дифференциальное сечение от угла фи не зависит, его отсчитывают от первоначального направления движения. Dсигма(ТЕТТА)/dТЕТТА=f*dсигма/dОМЕГА*dфи=2пи(dсигма/dОМЕГА) Dсигма(ТЕТТА)/dТЕТТА-угловое рассеяние

Вводят полное интегральное сечение: Сигма_t=интеграл(dсигма/dОМЕГА) dОМЕГА

Сигма_t-полное сечение Сигма_t=сигма_упр+сигма_неупр Сечение можно представить геометрически: [Dсигма/dТЕТТА]=Мбарн. 1барн=10^(-24) см^2. Пи*R^2=S_сеч ; а сигма_t пропорционально S_сеч. Так как ядро и налетающая частица- квантовые, то для квантовых систем выполняется. Сигма_t>>пи*R^2. Это особенно выполняется для низкоэнергетических частиц(медленных). Для низких энергий длина волны дебройля велика, следовательно частица зацепляется за ядро. Наблюдается случай,когда Сигма_t<пи*R^2. по квантовой механике эта частица за счет туннельного эффекта проникает сквозь. Эксперимент показывает,что сечение превосходит пи*((R_яс)^2), т. к.частицы являются квантово механическими, обладают волновыми свойствами; следовательно лямбда(с чертой)=h(с чертой)/р, лямбда(с чертой) может быть больше либо равна R. сигма пропорциональна пи*(лямбда(с чертой))^2 в этом случае говорят,что частица за счет большой длины волны зацепляется за мишень,что обусловливает большое сечение. В квантовой теории для медленных частиц дают ограничение для сечения: Сигма_упр<=4* пи*(лямбда(с чертой))^2 (все упругие процессы)

Сигма_неупр<= пи*(лямбда(с чертой))^2 (все неупругие процессы)

Сигма_i<=4* пи*(лямбда(с чертой))^2 (полное сечение)

Принцип детального равновесия

а + А В + b j_b , j_B- спины продуктов реакции v_a , v_b – скорости f_(ab) – матрица элементов перехода или амплитуда вероятности реакции f_(ab)(с четрой)- усреднение по спину сечение отдельной реакции можно записать в виде: сигма_AB=(f_(ab)^2(все это с чертой))*(2j_b+1)*(2j_B+1)*(((p_b)^2)/(v_a*v_b)) f_(ab)=f_(m_a m_A m_b m_B)(E_a, n_a,n_b) m_i- магнитные квантовые числа n_i- направление движения частицы

амплитуда определяется видом взаимодействия: (f_(ab)^2(все это с чертой))=((1)/((2j_a+1)*(2j_A+1)*(2j_b+1)*(2j_B+1))*сумма(f_(m_a m_A m_b m_B)( n_a,n_b)^2) Амплитуда обладает свойствами: 1)Модуль(f_ab)= Модуль(f_ba) 2)(Модуль(f_ab))^2(все это с чертой)= (Модуль(f_ba)^2)(все это с чертой) f_ab: а + А В + b f_ba: b+ В А + а отсюда следует принцип детального равновесия, сечение прямой и обратной реакции связаны: сигма_ab/ сигма_ba=((2j_b+1)*(2j_B+1)*(p_b)^2)/((2j_a+1)*(2j_A+1)*(p_a)^2)

Классификационные признаки ЯР

1. Т.к. нет устоявшейся модели о структуре ядра, то и нет для ЯР, => Яр делят по механизмам протекания: - модель составного ядра; - прямые ЯР; - (промежуточный механизм) предравновесная ЯР. Для описания ЯР ещё оптическая модель. 2. По типам превращения: - упругое рассеяние (идет перераспределение энергии): а + А а + А

- неупругое рассеяние: а + А а + А* - реакции с перераспределением в выходном канале образуется совершенно новая частица; - кулоновское возбуждение (налетающая частица не может приблизиться на минимальное расстояние к ядру, мишень возбуждается за счет пролетания снаряда); - радиационный захват; - реакции деления: Я + мишень разваливается на две частицы; - ядерный синтез: снаряд + мишень новое ТЯ; 3. По частицам, вызвавшим ЯР: - по нейтронам, - по протонам, - по дейтронам, - по тяжелым частицам и т.д. 4. По массовому числу А ядра мишени: - реакция на легчайших ядрах А<= 8; - на легких А<= 60; - на средних А<= 150; - на тяжелых А > 150. 5. по энергиям налетающих частиц: - малые энергии (кин.энергия) T<=1 кэВ; - низкие T<=1 МэВ; - средние T<=100 МэВ; - большие T<=1 ГэВ; - высокие T<=500 ГэВ; - сверхвысокие T>500 ГэВ. 6. По выделяемой энергии: Q – энергия реакции. Q>0 – экзотермические ( с выделением Е), может идти при любой энергии; Q<0 – эндотермические (при некоторых энергиях; энергиях, превосходящих некоторый порог).