Механизм ядерных реакций

Энергия нуклона в ядре

Еn

r

Рис. 2.1.1.

Для взаимодействия нейтрона с ядром характерно то, что нейтрон не имеет электрического заряда, поэтому сила отталкивания нейтрона и ядра отсутствует, то есть нейтрон всегда только притягивается к ядру, в отличие, например, от протона (см. рис. 2.1.1). Чем ниже энергия нейтрона, тем больше вероятность взаимодействия. Составляющие ядро нуклоны плотно связаны. Расстояния между нуклонами – порядка радиуса действия ядерных сил. Нейтрон не может проскочить через ядро, не провзаимодействовав с нуклонами ядра. Энергия, вначале сконцентрированная на одной падающей частице, перераспределяется между нуклонами ядра мишени.

Система нуклонов, состоящая из первоначального ядра и налетающей частицы, называется промежуточным (составным) ядром. Каждая частица составного ядра будет иметь некоторую энергию возбуждения, но ни одна из них не будет иметь энергии, достаточной для вылета из ядра. Только всей принесенной налетевшей частицей энергии могло бы хватить для вылета какой-либо частицы, но вероятность того, что энергия сконцентрируется на одном нуклоне, очень мала. Поэтому время жизни составного ядра намного больше времени, необходимого нейтрону для пролета расстояния, равного диаметру ядра.

Энергия возбуждения может сконцентрироваться по-разному, и распад составного ядра может происходить по нескольким каналам. Вылетающая частица, снимающая возбуждение, может быть протоном, нейтроном, электроном, фотоном.

Таким образом, в ядерной реакции можно выделить 2 стадии процесса:

1) образование составного ядра;

2) распад составного ядра.

Распад составного ядра происходит из-за того, что оно находится в возбужденном состоянии. Какова же энергия возбуждения? При приближении к ядру нейтрон разгоняется в поле ядерных сил притяжения, при этом происходит превращение потенциальной энергии взаимодействия нейтрона с ядром в кинетическую энергию. Перед непосредственным столкновением с нуклонами ядра нейтрон будет обладать энергией E_к + E_св. (E_к – кинетическая энергия, E_св. – энергия связи), которая и пойдет на энергию возбуждения ядра, если пренебречь его отдачей. Таким образом, энергия возбуждения составного ядра

E_в = E_к + E_св.

Энергия связи нейтрона в ядре имеет порядок 8 МэВ.

Энергия возбуждения быстро перераспределяется между нуклонами. Весьма маловероятным является сосредоточение энергии на отдельном нуклоне в количестве, достаточном для его вылета. Поэтому составное ядро сравнительно долго "живет" и "забывает" способ образования. Способ распада составного ядра не зависит от способа его образования. Для нас практически важными являются следующие способы (каналы) распада промежуточного ядра:

1. Испускание избыточной энергии в виде g-квантов — это реакции радиационного захвата.

2. Испускание нейтрона. При этом первоначальное ядро может остаться либо в основном состоянии, либо в возбужденном. Это соответствует реакциям упругого и неупругого рассеяния.

3. Распад на 2 ядра приблизительно равной массы. Это процесс деления.