Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
3°. Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции Q, равной разности кинетических энергий конечной и исходной пар в реакции. При Q<0 реакции идут с поглощением энергии и называются эндотермическими; при Q>0 реакции идут с выделением энергии и называются экзотермическими. Последний тип ядерных реакций имеет большое практическое значение (VI.4.11.2°).
4°. При всех ядерных реакциях соблюдаются законы сохранения суммарного электрического заряда и числа нуклонов. Кроме того, выполняются законы сохранения энергии, импульса и момента импульса (момента количества движения *)).
5°. Ядерные реакции классифицируются:
а) по энергиям частиц, вызывающих реакции;
б) по роду частиц, участвующих в реакциях;
в) по массовым числам ядер, участвующих в реакциях (VI. 4.1.2°).
6°. Различаются ядерные реакции при малых, средних и высоких энергиях частиц. Реакции при малых энергиях (порядка эВ) происходят в основном с участием нейтронов. Реакции при средних значениях (до нескольких МэВ) происходят также под действием заряженных частиц, у-кван-
4.8. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
485
тов и космического излучения. Реакции при высоких энергиях приводят к разложению ядер на составляющие их нуклоны и к рождению элементарных частиц (мезонов, гиперонов и др.).
7°. Ядерные реакции, помимо нейтронов, вызываются заряженными частицами: протонами (ядрами обычного водорода), дейтонами (дейтронами) (ядрами тяжелого водорода ID), а-частицами (ядрами гелия |Не), многозарядными ионами тяжелых химических элементов. Источниками заряженных частиц могут быть естественно-радиоактивные химические элементы (VI.4.4.1°), ускорители (VI.4.16.10) космическое излучение. Ядерные реакции могут также происходить под действием у-квантов — фотоядерные реакции (ядерный фотоэффект).
8°. В зависимости от массовых чисел (VI.4.1.2°) ядер различаются: реакции на легких ядрах (Л<50), реакции на средних ядрах (50<Л<100) и реакции на тяжелых ядрах (Л>100). По характеру происходящих ядерных превращений ядерные реакции весьма разнообразны. (Некоторые важные примеры приводятся в дальнейшем.)
9°. Ядерные реакции могут происходить либо в один этап, либо в два этапа. В последнем случае на первом этапе реакции налетающая частица застревает в ядре — мишени. Энергия частицы передается не одному, а многим нуклонам ядра. Захват ядром попавшей в него частицы приводит к образованию промежуточного ядра (составное ядро). Промежуточное ядро находится в возбужденном состоянии. Через некоторое время, большое по сравнению с характерным ядерным временем, энергия в ядре вновь концентрируется на одной частице и следует ее вылет из ядра — второй этап ядерной реакции.
10°. Ядерные реакции под действием а-частиц были первыми ядерными реакциями, подтвердившими возможность превращения одних химических элементов в другие. Реакции этого типа с образованием протонов происходят по схеме
$X+JHe-ttJY + ip.
где X и Y — химические символы исходного ядра и ядра — продукта реакции. Исторически первой ядерной реакцией была реакция превращения азота 14N в кислород;
•,4N-HHe-^ "0 + Ip.
486
ОТДЕЛ-VI. ГЛ. Л. СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
4.9. Взаимодействие нейтронов с веществом
Г. В ядерных реакциях на легких ядрах под действием а-частиц был обнаружен нейтрон — важнейшая элементарная частица, входящая в состав всех атомных ядер, кроме ядра обычного водорода (VI.4.1.Г). Впервые нейтрон был получен в реакции превращения бериллия (JBe) в углерод (1SC):
5Be-HHe-^2C-Kn.
2°. Отсутствие у нейтрона электрического заряда, способствует более легкому, чем у заряженных частиц, проникновению нейтронов в атомные ядра. Характер взаимодействия нейтронов с ядрами различен для быстрых и медленных нейтронов. Нейтроны называются быстрыми (быстрые нейтроны), если их скорость и так велика, что соответствующая длина дебройлевской волны нейтронов 1K=JiImV (VI. 1.1.3°) много меньше радиуса R ядра, т. е. hlmv<^R, или v^>h/mR. Энергии быстрых нейтронов заключены в пределах от 0,1 МэВ до 50 МэВ. Если K^R, то нейтроны называются медленными (медленные нейтроны). Энергии медленных нейтронов не превышают 100 кэВ. Медленные нейтроны с энергиями от 0,025 эВ до 0,5 эВ называются тепловыми нейтронами. При энергиях, меньших 0,025 эВ, различают холодные и ультрахолодные нейтроны.
3°. Взаимодействие нейтронов с ядрами состоит, главным образом, либо в упругом рассеянии нейтронов на ядрах, либо в захвате нейтронов ядрами. В веществах, называемых замедлителями (графит, тяжелая вода D2O, HDO, соединения бериллия), быстрые нейтроны рассеиваются на ядрах, и их энергия переходит в энергию теплового движения атомов вещества — замедлителя. В результате нейтроны становятся тепловыми. Их энергии при комнатных температурах составляют примерно 0,025 эВ.
Если энергии тепловых нейтронов совпадают с энергией составного ядра (VI.4.8.9°), происходит резонансное поглощение нейтронов ядрами (резонансный захват нейтронов). Захват нейтронов приводит к искусственной радиоактивности ядер вещества (VI.4.10.1°) и делению ядер (VI .4.11.1°).
4°. Реакции ядер урана с нейтронами привели к созданию химических элементов с зарядовыми числами Z, превышающими 92. Такие химические элементы называются заура-новыми (трансурановые элементы). При резонансном захвате нейтрона наиболее распространенным изотопом ура-
