Ядерные реакции

Ядерные реакции, происходящие при обстреле ядер различными частицами, весьма разнообразны. Мы рассмотрим только важнейшие особенности и некоторые примеры.

Так как размеры ядра примерно равны 10-14 м, а обстреливающие частицы движутся со скоростью, близкой к скорости света, то время пролета через ядро составляет τ≈10-23 с. Однако в действительности реакция может длиться дольше, так как частица, поглощенная ядром, возбуждает ядро, вызывает его перестройку, и устойчивое состояние, наступающее после выбрасывания ядром другой частицы, может возникнуть через больший промежуток времени.

Поэтому различают реакции следующего вида:

1. Если время взаимодействия оказывается порядка т, то реакция называется прямой, например:

2. Если время взаимодействия превышает т на несколько порядков, то приходится считаться с образованием «промежуточного ядра», например:

3. Если распад конечного ядра происходит много позже,то говорят об искусственной радиоактивности, например:

Реакция может вызываться протонами:

дейтронами:

применяются также нейтроны, проникновение которых в ядро облегчено, так как они лишены электрического заряда:

Весьма энергичные гамма-фотоны (с энергией, превышающей 3— 10 МэВ) также способны создавать ядерные превращения:

 

Рис 16.4

В рассмотренных примерах массы исходного и конечного ядра мало отличались друг от друга. Если же распад ядра происходит на две части или большее число частей сравнимых масс, то реакцию называют делением ядра. Примером является реакция Энергия связи атомных ядер. При этом обычно, кроме двух крупных осколков, получается несколько частиц (например, нейтронов).

При воздействии гамма-фотона большой энергии ядро может «взорваться», раздробившись на большое число осколков. Так как эти осколки оставляют в камере Вильсона или в фотоэмульсии целый пучок следов, имеющих различное направление и напоминающих звезду (рис. 16.4), то этот процесс называют образованием «звезд». Так как получающиеся при этом частицы могут вызвать такой же эффект, то получается процесс, называемый «ливнем», где общее число рожденных частиц измеряется десятками.

Еще при изучении естественной радиоактивности было установлено, что ядро, подобно атому, имеет дискретный спектр устойчивых энергетических состояний. Это следовало из ряда опытных фактов. Так, спектр энергий альфа-частиц дискретен. Дискретен и спектр гамма-излучения, сопровождающего альфа-распад. При изучении искусственных превращений ядер выяснилось, что некоторые реакции имеют резонансный характер: их вероятность резко возрастает при определенных значениях энергии частиц, вызывающих реакцию. Подобный резонанс также служит признаком дискретности энергетических состояний ядер.

В заключение стоит упомянуть о существовании четвертого радиоактивного семейства, родоначальником которого является нептуний:

Расскажи друзьям