Ядерные взаимодействия

Под ядерным взаимодействием понимают процесс взаимодействия ядра и бомбардирующей его частицы. По исходу взаимодействия бомбардирующей частицы с ядром следует различать:
- упругое рассеяние, при котором состав ядра мишени остается неизменным, а также не меняется его внутренняя энергия;
- неупругое рассеяние, при котором состав ядра мишени остается неизменным, но изменяется его внутренняя энергия в результате поглощения им части кинетической энергии бомбардирующей частицы;
- собственно ядерные реакции, в результате которых возникают новые ядра, отличающиеся по составу нуклонов от ядра мишени.

Ядерные реакции подобно химическим реакциям обычно записываются в виде символических уравнений:

Х + а→Y + b,

где Х – исходное ядро, называемое также ядром мишенью;
а – бомбардирующая частица;
Y – ядро, возникшее в результате реакции;
b – новая частица (или группа частиц), появившаяся в результате реакции.

В качестве бомбардирующих частиц могут быть использованы нейтроны, протоны, электроны, гамма фотоны, частицы, ядра атомов дейтерия – дейтроны, ядра атомов трития – тритоны и другие ядра.

Часто употребляется также краткая запись реакции в виде: Х (a, b) Y. Интерпретация этой записи остается прежней, только обозначения бомбардирующих и вылетающих частиц взяты в скобки для экономии места.

Наиболее важными с точки зрения устройства и поражающего действия ядерного оружия являются реакции под воздействием нейтронов: реакция деления ядер, реакция радиационного захвата, реакции испускания заряженных частиц.

Упругое рассеяние (n, n) возможно на всех ядрах. Чем ближе масса ядра к массе нейтрона, тем больше средние потери энергии нейтрона при одном столкновении. Иначе говоря, наилучшим замедлителем нейтронов являются водородосодержащие материалы, например, полиэтилен.
Неупругое рассеяние (n, n´) является пороговым взаимодействием, то есть оно происходит лишь тогда, когда кинетическая энергия нейтрона выше порогового значения, определяемого первым уровнем возбужденного состояния ядер. Неупругое рассеяние является основной причиной замедления нейтронов в ядерном горючем.

Реакция радиационного захвата (n,g) сопровождается поглощением нейтрона, при этом возникает новое ядро с массовым числом на одну единицу больше. Она возможна при любых энергиях нейтронов и практически на всех ядрах.
Радиационный захват нейтронов является реакцией, благодаря которой стал возможен синтез большинства искусственных радионуклидов, в том числе изотопов плутония. Примером реакции (n,g ) является реакция получения оружейного плутония из урана 238.

При осуществлении цепных процессов деления реакция является причиной значительного паразитического захвата нейтронов. При взаимодействии нейтронов ядерного взрыва реакция на ядрах азота воздуха является источником наиболее жесткой гамма компоненты проникающей радиации ядерного взрыва.

Реакции с испусканием заряженных частиц (n, a) и (n, p) возможны только в том случае, когда энергия возбуждения составного ядра больше энергии связи частицы в ядре.

Вероятность взаимодействия бомбардирующей частицы с ядром мишенью принято характеризовать эффективным микроскопическим сечением s.

Величину s можно интерпретировать как площадь поперечного сечения сферы вокруг ядра мишени, при попадании в которую бомбардирующей частицы со 100% вероятностью возникает ядерное взаимодействие – рассеяние или реакция.

В качестве единицы измерения s принимается барн, причём 1 барн = 10^-28м², что сравнимо с площадью геометрического сечения ядер.

Различают полные и парциальные эффективные микроскопические сечения. Полное сечение s_t является мерой вероятности ядерного взаимодействия безотносительно к тому, что произойдет после столкновения бомбардирующей частицы с ядром.

Если существует несколько возможных исходов взаимодействия частицы с ядром (упругое рассеяние, неупругое рассеяние, радиационный захват, деление и т.д.), вероятность каждого исхода взаимодействия определяется своим сечением. Так как различные исходы взаимодействия являются несовместными событиями, то полное сечение s_t является суммой парциальных сечений по отдельным видам взаимодействия.

Поиск по сайту: