Reacțiile nucleare sunt transformările nucleelor ​​atomice în timpul interacțiunii cu particule elementare (inclusiv y-quanta) sau între ele. Cel mai comun tip de reacție nucleară este reacția, scrisă simbolic după cum urmează:

unde X și Y sunt nucleele inițiale și finale, Ași b- particule de bombardare și emise (sau emise) într-o reacție nucleară.

În orice reacție nucleară, legile de conservare a sarcinii și a numerelor de masă sunt îndeplinite: suma de taxe (masiv) numărul de nuclee și particule care intră într-o reacție nucleară este egal cu suma numerelor de sarcină (masă) ale produselor finali (nuclee și particule) ale reacției. De asemenea, executat legile de conservare a energiei, impulsși moment de impuls.

Spre deosebire de degradarea radioactivă, care continuă întotdeauna cu eliberarea de energie, reacțiile nucleare pot fi fie exoterme (cu eliberare de energie) fie endoterme (cu absorbția de energie).

Un rol important în explicarea mecanismului multor reacții nucleare l-a jucat presupunerea lui N. Bohr (1936) că reacțiile nucleare se desfășoară în două etape conform următoarei scheme:

Prima etapă este captarea particulei a de către nucleul X, apropiindu-se de aceasta la o distanță de acțiune a forțelor nucleare (aproximativ 2 10 15 m), și formarea unui nucleu intermediar C, numit compus (sau compus-nucleu). ). Energia unei particule care a zburat în nucleu este distribuită rapid între nucleonii nucleului compus, drept urmare se află într-o stare excitată. În ciocnirea nucleonilor unui nucleu compus, unul dintre nucleoni (sau o combinație a acestora, de exemplu, un deuteron - nucleul unui izotop greu de hidrogen - deuteriu, care conține un proton și un neutron) sau o particulă cx poate primesc energie suficientă pentru a scăpa din nucleu. Ca rezultat, a doua etapă a reacției nucleare este posibilă - dezintegrarea nucleului compus în nucleul Y și particula. b.

Clasificarea reacțiilor nucleare

În funcție de tipul de particule implicate în reacții:

• reacții sub acțiunea neutronilor;
• reacții sub acțiunea particulelor încărcate (de exemplu, protoni, (particule X).

În funcție de energia particulelor care provoacă reacția:

• reacții la energii joase (de ordinul eV), care au loc în principal cu participarea neutronilor;
• reacții la energii medii (mai mulți MeV) care implică cuante și particule încărcate;
• reacții la energii mari (sute și mii de MeV), conducând la nașterea particulelor elementare absente în stare liberă și având mare importanță pentru a le studia.

După tipul de nuclee implicate în reacții:

• reactii asupra nucleelor ​​usoare (A 50);
• reacții pe nuclee medii (50 A
• reacții asupra nucleelor ​​grele (A > 150).

Prin natura transformărilor nucleare în curs:

• reacții cu emisie de neutroni;
• reacții cu emisie de particule încărcate. Prima reacție nucleară (Rutherford; 1919)

Există diverse interpretări ale termenului de reacții nucleare. Într-un sens larg, o reacție nucleară este orice proces care începe cu o coliziune a două, mai rar mai multe particule (simple sau complexe) și continuă, de regulă, cu participarea unor interacțiuni puternice. Această definiție este satisfăcută și de reacțiile nucleare în sensul restrâns al cuvântului, care sunt procese care încep cu ciocnirea unei particule simple sau complexe (nucleon, a-particulă, y-quantum) cu un nucleu. Rețineți că, ca caz special, împrăștierea particulelor satisface și definiția unei reacții.1 Mai jos sunt date două exemple de reacții nucleare.

Din punct de vedere istoric, prima reacție nucleară (Rutherford, 1919 - descoperirea protonului):

Descoperirea neutronului (Chadwick, 1932):

Studiul reacțiilor nucleare este necesar pentru a obține informații despre proprietățile nucleelor ​​noi și ale particulelor elementare, stările excitate ale nucleelor ​​etc. Nu trebuie uitat că în microcosmos, din cauza prezenței legilor cuantice, este imposibil să „privim” o particulă sau un nucleu. Prin urmare, principala metodă de studiere a micro-obiectelor este studiul coliziunilor lor, adică reacțiile nucleare. Din punct de vedere aplicativ, reacțiile nucleare sunt necesare pentru utilizarea energiei nucleare, precum și pentru producerea de radionuclizi artificiali.

Reacțiile nucleare pot apărea în condiții naturale (de exemplu, în interiorul stelelor sau în raze cosmice). Dar studiul lor se desfășoară de obicei în condiții de laborator, pe configurații experimentale. Pentru a efectua reacții nucleare, este necesar să se apropie particulele sau nucleele de nuclee până la distanțe de ordinul razei de acțiune a forțelor nucleare. Apropierea particulelor încărcate de nuclee este împiedicată de bariera Coulomb. Prin urmare, pentru a efectua reacții nucleare pe particulele încărcate, ei folosesc acceleratoare, în care particulele, accelerând într-un câmp electric, dobândesc energia necesară depășirii barierei. Uneori, această energie este comparabilă cu energia de repaus a particulei sau chiar o depășește: în acest caz, mișcarea este descrisă de legile mecanicii relativiste. În acceleratoarele convenționale ( accelerator liniar, ciclotron etc.) cea mai grea dintre cele două particule care se ciocnesc, de regulă, este în repaus, în timp ce cea mai ușoară este afectată. O particulă în repaus se numește tinta (engleza -ţintă). Suprapune, sau bombardarea, particulele în limba rusă nu au primit un nume special (în Limba engleză se foloseşte termenul proiectil). În acceleratoarele de fascicul care se ciocnesc (colitori) ambele particule care se ciocnesc se mișcă, astfel încât separarea într-o țintă și un fascicul de particule incidente devine lipsită de sens.

Energia unei particule încărcate într-o reacție poate fi chiar mai mică decât înălțimea barierei Coulomb, așa cum a fost cazul în experimentele clasice ale lui J. Cockcroft și E. Walton, care în 1932 au divizat artificial nucleele de litiu bombardându-le cu accelerații. aleargă. În experimentele lor, pătrunderea protonului în nucleul țintă a avut loc prin tunel prin bariera de potențial Coulomb (vezi Lectura 7). Probabilitatea unui astfel de proces este, desigur, foarte scăzută din cauza transparenței scăzute a barierei.

Există mai multe moduri de a înregistra simbolic reacțiile nucleare, dintre care două sunt prezentate mai jos:

Un set de particule care se ciocnesc într-o anumită stare cuantică (de exemplu, Rși Li) sunt numite canal de intrare reacție nucleară. Ciocnirile acelorași particule (canal de intrare fix) în cazul general pot duce la produși de reacție diferiți. Astfel, în ciocnirile protonilor cu Li, reacțiile Li (R, 2a), Li (R,P) Be, 7 Li(/;, df Fii etc. În acest caz, se vorbește despre procese concurente, sau despre un set canale de ieșire.

Reacțiile nucleare sunt adesea scrise într-o formă și mai scurtă: (a, b) - acestea. indicând doar particule uşoare şi nu indicând nucleele implicate în reacţie. De exemplu, intrarea (/>, P)înseamnă că un proton elimină un neutron dintr-un nucleu, ( P, y) - absorbția unui neutron de către un nucleu cu emisia unui cuantum y etc.

Clasificarea reacțiilor nucleare poate fi efectuată din următoarele motive:

I. După tipul procesului în derulare

• 1) captarea radiațiilor: (l, y),(R,y)
• 2) efect fotoelectric nuclear: (y, l), (y, R)
• 3) reacții nucleon-nucleon:
  • a) eliminarea unui nucleon sau a unui grup de nucleoni (n, R),(R, a), etc.
  • b) „evaporarea” nucleonilor (/?, 2n), (R, 2R) etc.
  • c) avarie ( d, /?), (d, p)și ridicare (p, d), (l, d)
• 4) împărțire: (l, D (r, D O /, U)
• 5) sinteza (fuziunea)
• 6) împrăștiere inelastică: (l, l ')
• 7) împrăștiere elastică: (l, l)

//. Pe baza eliberării sau absorbției de energie

• 1) reacții exoterme
• 2) reacții endoterme

III. Prin energia particulelor care bombardează

• 1) energii joase (
• 2) energii medii (1 keV-10 MeV)
• 3) energii mari (> 10 MeV)

IV. Prin masa nucleelor ​​bombardate

• 1) pe nuclee ușoare (A 50)
• 2) pe nuclee de mase medii (50 A
• 3) pe nuclee grele (DAR > 100)

V După tipul de particule de bombardare

• 1) pe particulele încărcate (/;, s!,ași ioni mai grei)
• 2) pe neutroni
• 3) pe fotoni (reacții fotonucleare)

• În timpul împrăștierii elastice, particulele nu suferă modificări interne și nu apar particule noi. Există doar o redistribuire a energiei și a impulsului între ele. În împrăștierea inelastică, împreună cu un astfel de schimb, are loc o schimbare în starea internă a cel puțin uneia dintre particule.
• Pentru acceleratorii de particule, vezi Cursul 15.
• d este simbolul acceptat pentru deuteron, nucleul atomului de deuteriu.

Emisia de particule elementare și energie termică. Riii nucleari pot fi însoțiți atât de eliberarea de energie, cât și de absorbția acesteia. Cantitatea de energie se numește energia rii, aceasta este diferența dintre masele nucleului inițial și cel final. Clasificări în funcție de caracteristicile urmelor: L după energie, particulele elementului participă la fracții nucleare: la energii joase 1 eV, fracții pe neutroni lenți: fracții pe particule de electroni de energie medie cu sarcina particulelor de electroni, protoni, ioni, deutroni = 1 MeV; pe particulele cu energie înaltă de 103 MeV, particulele primesc raze cosmice în acceleratori...

Distribuiți munca pe rețelele sociale

Dacă această lucrare nu vă convine, există o listă de lucrări similare în partea de jos a paginii. De asemenea, puteți utiliza butonul de căutare

45. Reacții nucleare și clasificarea lor

Reacțiile nucleare sunt un proces de interacțiune intensă nucleul atomic cu o particulă elementară sau cu un alt nucleu, ducând la transformarea nucleelor. Emisia de particule elementare și energie termică. Interacțiunea particulelor care reacţionează apare atunci când acestea se apropie unele de altele până la o distanță de ordinul a 10~ 13 vezi datorita actiunii fortelor nucleare. Cea mai comună reacție nucleară este aceea că particulele de lumină interacționează și cu nucleul X , în care imaginea rezultată este o particulă el b iar nucleul X. Radiaţiile nucleare pot fi însoţite atât de eliberarea energiei, cât şi de absorbţia acesteia. Cantitatea de energie se numește energia p-ii - aceasta este diferența dintre masele nucleelor ​​inițiale și finale. Clasificări după următoarele caracteristici: L din punct de vedere energetic, particulele elementului participă la p-ții nucleare: la energii joase 1eV - p-țiune pe neutroni lenți: p-țiune pe particule e de energie medie cu o sarcină de particule - electroni, protoni, ioni, deutroni > = 1 MeV; pe particule de înaltă energie (~10 3 MeV - raze cosmice, particulele se obțin în acceleratoare) prin natură, sunt implicați neutronii elementului particule; pe particulele încărcate; cauzate de y - quanta, după natura (masa) nucleelor ​​participă în districtul: pe plămâni (A<50);средних (50<А<100);тяжелых(А>100). P o natura transformărilor: p-radioactivitate; fisiunea nucleelor ​​grele, fisiunea diviziunii în lanț; sinteza nucleelor ​​ușoare în districte grele, termonucleare.

Alte lucrări conexe care vă pot interesa.vshm>
3041.		forte nucleare	4,18 KB
	Obținut din date privind împrăștierea nucleonilor de către nucleoni, precum și din studiile stărilor legate ale nucleonilor din nucleii atomici. există o atracție semnificativă care asigură energia de legare a nucleonilor în nuclee de ordinul mai multor. În plus, odată cu creșterea numărului de nucleoni din nucleu, energia de legare per nucleon rămâne aproximativ constantă, în timp ce volumul nucleului crește proporțional. În stelele neutronice, densitatea de energie a tăieturii nu depinde de numărul total de nucleoni și este de aproximativ 16 MeV per nucleon [dacă neglijăm e.
8005.		REACȚII DE HIPERSENSIBILITATE	120,3 KB
	Reacțiile de hipersensibilitate de tip I sunt sistemice și locale. Reacțiile locale depind de locul în care intră antigenul și sunt de natura edemului cutanat localizat alergie cutanată urticarie secreții nazale și conjunctivale rinită alergică și conjunctivită febra fânului astm bronșic sau gastroenterită alergică alergii alimentare. Reacții de hipersensibilitate de tip I Reacții anafilactice Se știe că reacții de hipersensibilitate I...
2916.		REACȚII TERMONUCLEARE	14,33 KB
	Aceste reacții au loc de obicei cu eliberarea de energie, deoarece în nucleul mai greu format ca urmare a fuziunii, nucleonii sunt legați mai puternic m. Excesul de energie totală de legare a nucleonilor este apoi eliberat sub forma energiei cinetice a produșii de reacție. Denumirea de âreacţii termonucleareâ reflectă faptul că aceste reacţii au loc la temperaturi ridicate de 107108 K, întrucât pentru a fuziona, nucleele uşoare trebuie să se apropie de distanţe egale cu raza de acţiune a forţelor nucleare de atracţie, adică.
3668.		Reacții reversibile și ireversibile	24,08 KB
	Echilibru chimic Unele reacții chimice pot avea loc în două direcții reciproc opuse. Astfel de reacții se numesc reversibile. Reversibilitatea reacţiilor chimice se scrie astfel: A B  B Când are loc o reacţie chimică, concentraţiile substanţelor iniţiale scad conform legii acţiunii masei.
14693.		Reacții redox (ORD)	87,39 KB
	Sarcina condiționată a stării de oxidare a unui atom dintr-un compus, calculată din ipoteza că este format numai din ioni. ─ gradul de oxidare are atomi care au primit electroni de la alți atomi sau norii de electroni de legare sunt deplasați în direcția lor. Atomii care și-au donat electronii altor atomi au o stare de oxidare.
524.		Reacții de protecție ale organismului	5,56 KB
	Reacții de protecție ale corpului O persoană se adaptează în mod constant la condițiile de mediu în schimbare datorită homeostaziei, o proprietate universală de a menține și menține stabilitatea activității diferitelor sisteme ale corpului ca răspuns la influențele care încalcă această stabilitate. Orice efecte fiziologice, fizice, chimice sau emoționale, fie că este vorba despre temperatura aerului, schimbarea presiunii atmosferice sau excitare, poate servi drept motiv pentru ca organismul să iasă dintr-o stare de echilibru dinamic. Reacții de protecție adaptive...
12985.		Reacții nominale și reactivi în chimia anorganică	185,79 KB
	În total, sunt cunoscute peste 1000 de reacții organice, anorganice și analitice nominale. Numărul lor continuă să crească, deoarece încă nu există o nomenclatură general acceptată a reacțiilor chimice. Numele reacției prin numele descoperitorului ei face posibilă transmiterea pe scurt a semnificației transformării în curs.
14304.		Sinteza p-nitrobenzoil azidei și studiul reacției sale cu anionul hepta(metoxicarbonil)cicloheptatrienil	314,46 KB
	Problema regioselectivității scăzute a fost rezolvată în grupul Sharpless prin utilizarea complecșilor de CuI generați in situ din mai multe săruri de CuII disponibile prin reducere sub acțiunea acidului ascorbic schema 2, în timp ce se observă formarea doar a regioizomerului.
8333.		Istoria dezvoltării tehnologiei informatice. Clasificarea calculatoarelor. Compoziția sistemului de calcul. Hardware și software. Clasificarea software-ului de servicii și aplicații	25,49 KB
	Compoziția sistemului de calcul. Compoziția sistemului informatic Luați în considerare configurația hardware și software m. Interfețele oricărui sistem informatic pot fi împărțite în seriale și paralele. Nivelul de sistem este tranzitoriu, ceea ce asigură interacțiunea altor programe ale unui sistem informatic, atât cu programele de nivel de bază, cât și direct cu hardware-ul, în special cu procesorul central.
12050.		Un set de reactivi pentru diagnosticarea genetică moleculară a populațiilor de celule B monoclonale și policlonale de limfocite prin reacția în lanț a polimerazei (LYMPHOCLONE)	17,25 KB
	A fost creat un set de reactivi pentru diagnosticarea genetică moleculară a populațiilor de celule B monoclonale și policlonale de limfocite prin reacția în lanț a polimerazei LYMPHOCLONE. Kitul de reactivi LYMPHOCLONE este destinat diagnosticului diferențial al populațiilor de celule B monoclonale și policlonale de limfocite în materialul de biopsie a secțiunilor de țesut parafină prin reacția în lanț a polimerazei cu detectarea produselor de amplificare prin electroforeză verticală în gel de acrilamidă. Trusa este doar pentru diagnostic in vitro.

Profesor

I.N.Bekman

FIZICA NUCLEARA

Curs 16. INTERACȚIUNI NUCLARE

Dezvoltarea fizicii nucleare este determinată în mare măsură de cercetările din domeniul reacțiilor nucleare. În această prelegere, vom lua în considerare clasificarea modernă a interacțiunilor nucleare, a acestora

termodinamică și cinetică, precum și câteva exemple de reacții nucleare.

1. CLASIFICAREA REACȚIILOR NUCLEARE

Datorită acțiunii forțelor nucleare, două particule (două nuclee sau un nucleu și un nucleon) atunci când se apropie de distanțe de ordin 10 -13 cm intră într-o interacțiune nucleară intensă, ducând la transformarea nucleului. Acest proces se numește reacție nucleară. În timpul unei reacții nucleare, energia și impulsul ambelor particule sunt redistribuite, ceea ce duce la formarea mai multor alte particule emise din locul interacțiunii. Când o particulă incidentă se ciocnește cu un nucleu atomic, între ele are loc un schimb de energie și impuls, în urma căruia se pot forma mai multe particule care zboară în direcții diferite din regiunea de interacțiune.

Reacții nucleare - transformări ale nucleelor ​​atomice în timpul interacțiunii cu particule elementare, γ-quanta sau între ele.

Reacție nucleară - procesul de formare de noi nuclee sau particule în ciocnirile dintre nuclee sau particule. O reacție nucleară a fost observată pentru prima dată de E. Rutherford în 1919, bombardând nucleele atomilor de azot cu particule α; ea a fost înregistrată prin apariția particulelor ionizante secundare care au o gamă în gaz mai mare decât cea a particulelor α și identificați ca protoni. Ulterior, fotografiile acestui proces au fost obținute folosind o cameră cu nori.

Orez. 1. Procese care au loc în cursul reacțiilor nucleare

(canalele de intrare și de ieșire reprezentate ale reacției).

Prima reacție nucleară a fost efectuată de E. Rutherford în 1919: 4 He + 14 N→ 17 O + p sau 14 N(α,p) 17 O. Sursa particulelor α a fost un preparat α-radioactiv. Preparatele α radioactive la acea vreme erau singurele surse de particule încărcate. Primul accelerator special conceput pentru studiul reacțiilor nucleare a fost construit de Cockcroft și Walton în 1932. Acest accelerator a fost primul care a folosit

s-a obţinut un fascicul de protoni acceleraţi şi s-a realizat reacţia p + 7 Li → α + α.

Reacțiile nucleare sunt metoda principală de studiere a structurii și proprietăților nucleelor ​​atomice. În reacțiile nucleare se studiază mecanismele de interacțiune a particulelor cu nucleele atomice, mecanismele de interacțiune dintre nucleele atomice. În urma reacțiilor nucleare, se obțin noi izotopi și elemente chimice care nu se găsesc în condiții naturale. Dacă, după o coliziune, nucleele și particulele originale sunt păstrate și nu se nasc altele noi, atunci reacția este o împrăștiere elastică în câmpul forțelor nucleare, însoțită doar de o redistribuire a energiei cinetice și a impulsului particulei și țintei. nucleu și se numește potențial

împrăștiere.

Consecința interacțiunii particulelor de bombardare (nuclee) cu nucleele țintă poate fi:

1) Imprăștirea elastică, în care nici compoziția și nici energia internă nu se modifică, ci doar redistribuirea energiei cinetice are loc în conformitate cu legea impactului intern.

2) Imprăștirea inelastică, în care compoziția nucleelor ​​care interacționează nu se modifică, dar o parte din energia cinetică a nucleului bombardant este cheltuită pentru excitarea nucleului țintă.

3) De fapt, o reacție nucleară, în urma căreia se modifică proprietățile interne și compoziția nucleelor ​​care interacționează.

	Orez. 2. Reacția nucleară a litiu-6 cu deuteriu 6 Li(d,α)α
	În reacțiile nucleare, puternice, electromagnetice și slabe
	interacțiuni.
	Sunt cunoscute multe tipuri diferite de reacții. Ele pot fi clasificate în
	reacții sub acțiunea neutronilor, sub acțiunea particulelor încărcate și sub acțiunea
	În general, interacțiunea nucleară poate fi scrisă sub forma
	a1 + a2 → b1 + b2 + …,
	unde a 1 și a 2 sunt particulele care intră în reacție și b 1, b 2, ... sunt particule,
rezultate din reacţie (produşi de reacţie).
	Cel mai comun tip de reacție este interacțiunea unei particule luminoase a cu un nucleu A, in
în urma căreia se formează o particulă uşoară b şi un nucleu B
	a + A → b + B
	Sau mai scurt
	A(a,b)B.

Neutronul (n), protonul (p), α-particula, deutronul (d) și γ-quantul pot fi luate ca a și b.

Exemplul 1 . reacție nucleară

4He + 14N → 17O+ 1H

în prescurtat ca 14 N (α, p) 17 O

Exemplul 2 Se consideră reacția 59 Co(p,n). Care este produsul acestei reacții? Soluţie. 1 1 H + 27 59 Co → 0 1 n + X Y Z C

în partea stângă avem 27+1 protoni. În partea dreaptă, 0+X protoni, unde X este numărul atomic al produsului. Evident, X = 28 (Ni). Există 59+1 nucleoni pe partea stângă și 1+Y nucleoni pe partea dreaptă, unde Y = 59. Astfel, produsul de reacție 59 Ni.

Reacția poate lua mai multe rute concurente:

Diferitele căi posibile pentru o reacție nucleară în a doua etapă sunt numite canale de reacție. Etapa inițială a reacției se numește canal de intrare.

Orez. 3. Canale de interacțiune a protonilor cu 7 Li.

Ultimele două canale de reacție din schema (6) se referă la cazurile de împrăștiere nucleară inelastică (A*+a) și elastică (A+a). Acestea sunt cazuri speciale de interacțiune nucleară, care diferă de altele prin faptul că produsele de reacție coincid cu particulele,

reacționând, iar în timpul împrăștierii elastice se păstrează nu numai tipul nucleului, ci și starea lui internă, iar în timpul împrăștierii inelastice, starea internă a nucleului se modifică (nucleul trece într-o stare excitată). Posibilitatea diferitelor canale de reacție este determinată de particula incidentă, energia acesteia și nucleu.

Atunci când studiem o reacție nucleară, de interes sunt identificarea canalelor de reacție, probabilitatea comparativă a curgerii acesteia prin diferite canale la diferite energii ale particulelor incidente, energia și distribuția unghiulară a particulelor rezultate, precum și starea lor internă (energia de excitație). , spin, paritate, spin izotopic).

Definiția 1

reacție nuclearăîntr-un sens larg, ei numesc un proces care are loc ca urmare a interacțiunii mai multor nuclee atomice complexe sau particule elementare. Reacțiile nucleare se mai numesc și astfel de reacții în care cel puțin un nucleu este prezent printre particulele inițiale, acesta se unește cu un alt nucleu sau particulă elementară, în urma căreia are loc o reacție nucleară și se creează noi particule.

De regulă, reacțiile nucleare apar sub acțiunea forțelor nucleare. Cu toate acestea, reacția nucleară de dezintegrare nucleară sub acțiunea $\gamma $ - cuante de înaltă energie sau electroni rapizi are loc sub influența forțelor electromagnetice, nu a forțelor nucleare, din motivul că forțele nucleare nu acționează asupra fotonilor și electronilor. Reacțiile nucleare includ procese care au loc atunci când neutrinii se ciocnesc cu alte particule, dar acestea au loc cu o interacțiune slabă.

Reacțiile nucleare pot avea loc în condiții naturale (în interiorul stelelor, în raze cosmice). Studiul reacțiilor nucleare are loc în laboratoare de la unități experimentale, în care energia este transferată la particulele încărcate folosind acceleratori. În acest caz, particulele mai grele sunt în repaus și sunt numite particule țintă. Ele sunt lovite de particule mai ușoare, care fac parte din fasciculul accelerat. În acceleratoarele de fascicul care se ciocnesc, nu are rost să se împartă în ținte și fascicule.

Energia unei particule de fascicul încărcate pozitiv trebuie să fie de ordinul sau mai mare decât bariera de potențial Coulomb a nucleului. În $1932$, J. Cockcroft și E. Walton au efectuat pentru prima dată fisiunea artificială a nucleelor ​​de litiu bombardându-le cu protoni a căror energie era mai mică decât înălțimea barierei Coulomb. Pătrunderea protonului în nucleul de litiu a avut loc prin tunel prin bariera de potențial Coulomb. Pentru particulele încărcate negativ și neutre, bariera de potențial Coulomb nu există, iar reacțiile nucleare pot apărea chiar și la energiile termice ale particulelor care sunt incidente.

Cea mai comună și vizuală înregistrare a reacțiilor nucleare este luată din chimie. În stânga este scrisă suma particulelor înainte de reacție, iar în dreapta, suma produselor finali ai reacției:

descrie reacția nucleară care are loc atunci când un izotop de litiu $()^7_3(Li)$ este bombardat cu protoni, rezultând un neutron și un izotop de beriliu $()^7_4(Be)$.

Reacțiile nucleare sunt adesea scrise sub formă simbolică: $A\left(a,bcd\dots\right)B$, unde $A$ este nucleul țintă, $a$ este particula care bombardează, $bcd\dots și\ B$ sunt - particule și, respectiv, nucleu, care se formează ca urmare a reacției. Reacția de mai sus poate fi rescrisă ca $()^7_3(Li)(p,n)()^7_4(Be)$. Uneori se folosește notația I go $(p,n)$, ceea ce înseamnă eliminarea unui neutron dintr-un nucleu sub acțiunea unui proton.

Descrierea cantitativă a reacțiilor

O descriere cantitativă a reacțiilor nucleare din punct de vedere al mecanicii cuantice este posibilă numai în mod statistic, adică. putem vorbi despre o anumită probabilitate a diferitelor procese care caracterizează o reacție nucleară. Astfel, reacția $a+A\la b+B$, în stările inițiale și finale ale căreia există câte două particule, în acest sens este complet caracterizată prin secțiunea transversală de împrăștiere efectivă diferențială $d\sigma /d\Omega $ în interiorul miezului solid $d\ Omega (\rm =)(\sin \theta \ )\theta d\varphi $, unde $\theta $ și $\varphi $ sunt unghiurile polare și azimutale de emisie ale unei particule , în timp ce unghiul $\theta $ este calculat de la începutul mișcării particulei care bombardează. Dependența secțiunii transversale diferențiale de unghiurile $\theta $ și $\varphi $ se numește distribuția unghiulară a particulelor care formează reacția. Secțiunea transversală totală sau integrală, care caracterizează intensitatea reacției, este secțiunea transversală efectivă diferențială integrată peste toate valorile unghiurilor $\theta $ și $\varphi $:

Secțiunea transversală efectivă poate fi interpretată ca o zonă în care o particulă incidentă va provoca o anumită reacție nucleară. Secțiunea transversală efectivă a unei reacții nucleare este măsurată în hambare $1\ b=(10)^(-28)\ m^2$.

Reacțiile nucleare se caracterizează prin randamentul reacției. Randamentul unei reacții nucleare $W$ este fracția de particule de fascicul care au suferit interacțiuni nucleare cu particulele țintă. Dacă $S$ este aria secțiunii transversale a fasciculului, $I$ este densitatea fluxului fasciculului, atunci particulele $N=IS$ lovesc aceeași zonă țintă în fiecare secundă. $\triunghi N=IS\sigma n$ particulele reacţionează de la ele într-o secundă, unde $\sigma $ este secţiunea efectivă a reacţiei particulelor fasciculului, $n$ este concentraţia nucleelor ​​la ţintă. Apoi:

Diferite clasificări ale reacțiilor nucleare

Reacțiile nucleare pot fi clasificate după următoarele caracteristici:

• natura particulelor care participă la reacție;
• pentru numărul de masă al nucleelor ​​care participă la reacție;
• în spatele efectului energetic (termic);
• în spatele naturii transformărilor nucleare.

În spatele valorii energiei $E$ a particulelor care provoacă reacții, astfel de reacții se disting:

• la energii joase ($E\le 1\ keV$);
• la energii joase ($1\ keV\le E\le 1\ MeV$);
• la energii medii ($1\MeV\le E\le 100\MeV$);
• la energii semnificative ($100\ MeV\le E\le 1\ GeV)$;
• la energii mari ($1\ GeV\le E\le 500\ GeV$);
• la energii ultraînalte ($E>500\ GeV$).

În funcţie de energia particulelor $a$ pentru aceleaşi nuclee $A$ în reacţiile nucleare au loc transformări diferite. De exemplu, luați în considerare reacția de bombardare a unui izotop de fluor cu neutroni de diferite energii:

Poza 1.

În funcție de natura particulelor care participă la reacțiile nucleare, acestea sunt împărțite în următoarele tipuri:

• sub acțiunea neutronilor;
• sub influența fotonilor;
• sub acţiunea particulelor încărcate.

În funcție de numărul de masă al nucleelor, reacțiile nucleare sunt împărțite în următoarele tipuri:

• pe nuclee ușoare ($A
• pe miezuri medii (50 USD
• pe nuclee masive ($A >100$).

În funcție de natura transformărilor care au loc în nucleu, reacțiile se împart în:

• captarea radiațiilor;
• excitație coulombiană;
• Fisiune nucleara;
• reacție de explozie;
• efect fotoelectric nuclear.

Când se analizează reacțiile nucleare, se folosesc următoarele legi:

• legea conservării energiei;
• legea conservării impulsului;
• legea conservării sarcinii electrice;
• legea conservării încărcăturii barionice;
• legea conservării sarcinii leptonilor.

Observație 1

Legile de conservare fac posibilă prezicerea care dintre reacțiile posibile din punct de vedere mental pot fi realizate și care nu pot fi datorate eșecului uneia sau mai multor legi de conservare. În această relație, legile de conservare joacă un rol deosebit de important pentru reacțiile nucleare.

O reacție nucleară este caracterizată de energia de reacție nucleară $Q$. Dacă reacția continuă cu eliberarea energiei $Q >0$, atunci reacția se numește exotermă; dacă reacţia decurge cu absorbţia căldurii $Q