Геометрическая оптика

Ядерные реакции

Ядерными реак­циями называются превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием друг с другом или с другими ядрами и элементарными частицами. Первое сообщение о наблю­дении ядерной реакции принадлежит Э. Резерфорду. В 1919 г. он обнаружил, что при прохождении а-частиц через газообразный азот некоторые из них поглощались, причем одновременно происходило испускание протонов. Резерфорд пришел к выводу, что ядра азота превраща­лись в ядра кислорода в результате ядерной реакции вида

1 , (13.9)

где — а-частица; — протий, т. е. протон.

Ядерные реакции символически записываются в виде A+aàB+b

где А, В — исходное и конечное ядра; а, Ь — исходная и конечная частицы, участвующие в реакции.

Важным параметром ядерной реакции является энер­гия ядерной реакции AQ, которая определяется выра­жением

(13.10)

где 2m, 2т' — суммы масс покоя частиц до и после реакции.

При AQ < 0 ядерные реакции идут с поглощением энергии и поэтому называются эндотермическими, а при AQ > 0 реакции идут с выделением энергии и называются экзотермическими.

В любой ядерной реакции всегда выполняются зако­ны сохранения электрического заряда, со­хранения числа нуклонов, сохранения энер­гии и импульса. Первые два закона позволяют пра­вильно записывать ядерные реакции даже в тех случаях, когда одна из частиц — участников реакции или ее про­дуктов — неизвестна. С помощью законов сохранения энергии и импульса можно найти кинетические энергии частиц, образованных в процессе реакции, и направления их разлета.

Пример 13.1. В результате столкновения нейтрона с ядром бораВ наблюдается испускание а-частицы. Определить, какое ядро возни­кает в результате ядерной реакции.

Решение. Уравнение реакции имеет вид

Общее число нуклонов до реакции равно 11, поэтому А — 11 — 4 = = 7. Общий заряд равен 5, и, следовательно,

зарядовое число Z = 5-2 = 3. По таблице Менделеева находим, что ядро с Z = 3 является ядром атома лития

вают наименьшую кинетическую энергию налетающей частицы (в системе отсчета, в которой ядро-мишень по­коится), при которой ядерная реакция становится воз­можной. Используя законы сохранения энергии и импуль­са, можно показать, что пороговая энергия ядерной реакции

(13.11)

где AQ — энергия реакции; тя — масса неподвижного ядра-мишени; т — масса налетающей на ядро частицы.

Пример 13.2. Определить, может ли произойти ядерная реакция образования ядра '|N при бомбардировке ядра '|С протонами с энер­гией 2 МэВ.

Решение. Воспользуемся законами сохранения и запишем урав­нение ядерной реакции:

Рассчитаем энергию предполагаемой ядерной реакции по формуле (13.10). В расчетах используем табличные значения масс ядер угле­рода, азота, а также протона и нейтрона: тс = 13,003355 а. е. м., тр = = 1,007825 а. е. м., mN= 13,005799 а. е. м., т„= 1,008665 а. е. м. По­лучим

Порог ядерной реакции определяется по формуле (13.11) при

М = тс и т = тр:

Поскольку энергия налетающего протона (£р = 2 МэВ) меньше, чем порог реакции Е„, такая реакция при данных условиях невозможна.