Ядерные реакции. Ядерной реакцией называется процесс интенсивного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром

Ядерной реакцией называется процесс интенсивного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер). Взаимодействие реагирующих частиц возникает при сближении их до расстояний порядка 10^{-13 см} благодаря действию ядерных сил.

Наиболее распространенным видом ядерной реакции является взаимодействие легкой частицы а с ядром X, в результате которого образуется легкая частица b и ядро Y:

. (15)

Обычно реакции такого вида записываются сокращенно в виде:

Х (а, b) Y. (16)

В скобках указываются участвующие в реакции легкие частицы, сначала исходная, затем конечная.

В качестве частиц а и b могут фигурировать нейтрон (n) протон (p), ядро тяжелого водорода – дейтрон (d), a -частица (a) и g -фотон (g).

Ядерные реакции могут сопровождаться как выделением, так и поглощением энергии. Количество выделяющейся энергии называется тепловым эффектом реакции. Он определяется разностью масс покоя (выраженных в энергетических единицах) исходных и конечных ядер. Если сумма масс образующихся ядер превосходит сумму масс исходных ядер, реакция идет с поглощением энергии и тепловой эффект ее будет отрицательным.

Реакции, вызываемые не очень быстрыми частицами, протекают в два этапа. Первый этап заключается в захвате приблизившейся к ядру X на достаточно малое расстояние (такое, чтобы могли вступить в действие ядерные силы) посторонней частицы а и в образовании промежуточного ядра П, называемого составным ядром или компаунд-ядром. Энергия, привнесенная частицей а (она слагается из кинетической энергии частицы и энергии ее связи с ядром), за очень короткое время перераспределяется между всеми нуклонами составного ядра, в результате чего это ядро оказывается в возбужденном состоянии.

На втором этапе составное ядро испускает частицу b. Символически такое двустадийное протекание реакции можно представить следующим образом:

. (17)

Может случиться, что испущенная частица тождественна с захваченной (a º b). Тогда процесс называют рассеянием, причем в случае, если энергия частицы b равна энергии частицы а, рассеяние будет упругим, в противном случае – неупругим. Ядерная реакция имеет место, если частица b не тождественна с а.

Промежуток времени t_я, который требуется нуклону с энергией порядка 1 Мэв (что соответствует скорости нуклона ~10⁹ см/сек) для того, чтобы пройти расстояние, равное диаметру ядра (~10^-12 см), принимается в качестве естественной ядерной единицы времени. Эта единица имеет величину 10^-21 сек. Среднее время жизни составного ядра (равное 10^-12…10^-14 сек) на много порядков превосходит ядерное время.