Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекций.doc
Скачиваний:
85
Добавлен:
11.06.2015
Размер:
3.02 Mб
Скачать

3. Реакции под действием протонов

При бомбардировке ядер протонами могут идти реакции типа (р,), (р,n),(р,).

Реакции типа (р,) бывают обычно экзоэнергетическими. В соответствии энергетической диаграммой ядерной реакции, изображенной на рис. 4.4.1а, энергия реакции Q = εa -  εb. Так как εр  8 МэВ, а энергия связи α-частицы εα в ядре изменяется, согласно таблицы 4.6.1, от 8 до –5 МэВ, то Q > 0.

Однако вылету α-частицы из ядра препятствует кулоновский барьер и вероятность вылета из тяжелых ядер не может быть большой, так как для сообщения α-частице большой кинетической энергии возбужденное составное ядро должно переходить на нижние, редко расположенные энергетические уровни, а вероятность таких переходов мала.

Для легких ядер, у которых кулоновский барьер невелик и составляет несколько МэВ, проблем с вылетомα-частиц нет. Например, реакции на легких ядрах

(4.6.10)

(4.6.11)

были одними из первых, полученных на ускорителях протонов Кокрофтом и Уолтоном в 1932г.

Реакции типа (р,n)являются всегда эндоэнергетическими с энергией реакцииQменьше, чем-0,8 МэВ. По определению

.

(4.6.12)

Но

(4.6.13)

а

,

(4.6.14)

иначе ядро Абудет переходить в ядроВпутем β-распада. Подставив неравенства (4.6.13) и (4.6.14) в (4.6.12), получим следующий результат

Q < - 0,8МэВ.

(4.6.15)

Например, реакция

(4.6.16)

имеет Q =-2,76МэВ.

Ввиду того, что в результате реакции (р,n) дочернее ядро приобретает добавочный протон, оно, как правило испытывает β+-распад илиЕ‑захват. Ядро, возникающее в реакции (4.6.15), не является исключением.

Реакции (p, n)часто используют для получения монохроматических нейтронов (см. §4.9).

4. Реакции под действием дейтонов

Реакции под действием дейтонов обладают рядом особенностей. Дейтон может взаимодействовать с ядрами не только с образованием составного ядра, но и путем прямого взаимодействия.

Если дейтон образует с ядром-мишенью составное ядро, то энергия возбуждения составного ядра оказывается примерно равной 14 МэВиз-за большого различия в величинах удельной энергии связи для дейтона и большинства ядер.

Энергия связи составного ядра при захвате дейтона

ΔWc(A+2, Z+1)=.

(4.6.17)

Энергия связи дейтона относительно составного ядра

.

(4.6.18)

Выразив массы через энергии связи по формуле (1.4.11),получим

.

(4.6.19)

Поскольку для большинства ядер W МэВ, то

Sd ≈ 8A – 8(A-2) – 2,2  14 МэВ.

Таким образом, энергия возбуждения составного ядра, даже без учета кинетической энергии дейтона, значительно превышает не только среднее значение связи нуклона в ядре, но и энергию связи α-частицы (см. таблицу 4.6.1). Поэтому все реакции (d,p), (d,n), (d, α), если они идут через составное ядро, являются экзоэнергетическими и протекают с относительно большими вероятностями.

Наибольшим выходом при относительно небольшой энергии дейтонов обладают реакции

и

d+t4Не+n,Q= 17,6МэВ.

(4.6.21)

Такая большая величина энергии реакции (4.6.21) объясняется большой удельной энергией связи образующегося ядра 4Не. Эта реакция при наименьшей высоте кулоновского барьера для заряженных частиц имеет наибольший выход.

Сечения верхнего канала реакции (4.6.20) и сечение реакции (4.6.21) показаны на рисунках 4.6.3и 4.6.4.Из рисунков видно, что полное сечение реакции (4.6.20) достигает максимума в 100мбарнпри энергии 2МэВ. Особенно велико сечение взаимодействия дейтона с тритоном (ядром трития), оно равно 5барнпри энергии дейтона всего 0,11MэB.

Реакции (d,p) и (d,n) могут идти без образования составного ядра. Это обусловлено тем, что энергия связи дейтона составляетWd ≈ 2,2МэВ, т.е. около 1МэВ/нуклон, что много меньше 8МэВ/нуклон– средней энергии связи нуклона в большинстве ядер. Поэтому среднее расстояние между протоном и нейтроном в ядре дейтона относительно велико и составляет ~ 4·10-13см. Для сравнения среднее расстояние между нуклонами в большинстве ядер не превышает 2·10-13см(см. (2.2.3)).

Взаимодействие дейтона с ядром может закончиться поглощением одного из нуклонов, тогда как второй останется за пределами ядра и продолжит свое движение преимущественно в направлении первоначального движения. При этом тяжелые ядра, у которых большой кулоновский барьер, будут захватывать преимущественно нейтроны, так как в результате электростатического отталкивания дейтон будет ориентироваться своим протоном от ядра. В результате на средних и тяжелых ядрах выход реакции (d,p) в несколько раз превышает выход реакции (d,n), что противоречит механизму составного ядра. При распаде составного ядра испускание протона всегда затруднено кулоновским барьером и предпочтительным является, наоборот, вылет нейтрона.