Курс лекций по разделу физика атома и ядра

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. Это обусловлено тем, что энергия связи дейтона составляет DW_d≈ 2,2 МэВ, т.е. около 1 МэВ/нуклон, что много меньше 8 МэВ/нуклон – средней энергии связи нуклона в большинстве ядер. Кроме того, среднее расстояние между протоном и нейтроном в дейтоне 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)).

Если дейтон образует с ядром-мишенью составное ядро, то его энергия возбуждения оказывается примерно равной 14 МэВ из-за большого различия в величинах удельной энергии связи для дейтона и большинства ядер. Действительно, энергия связи дейтона относительно составного ядра (1.4.4)

.

(4.6.17)

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

.

(4.6.18)

Поскольку для большинства ядер DW »8А МэВ, то

e_d≈ 8A – 8(A-2) – 2,2 » 14 МэВ.

Таким образом, энергия возбуждения составного ядра (4.5.32), образующегося при захвате дейтона

,

(4.6.17)

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 = 17,6 МэВ.

(4.6.19)

Такая большая величина энергии реакции объясняется большой удельной энергией связи образующегося ядра ⁴Не. Эта реакция имеет наименьшую величину кулоновского барьера и наибольший выход.

Сечения этих реакций показаны на рисунках 4.6.3 и 4.6.4. Из рисунков видно, что полное сечение реакции (4.6.18) достигает максимума в 100 мбарн при энергии 2 МэВ. Особенно велико сечение взаимодействия дейтона с тритоном (ядром трития), оно равно 5 барн при энергии дейтона всего 0,11 MэB.

Вследствие малой энергии связи нуклонов в дейтоне и большого расстояния между нуклонами реакции (d, p) и (d, n) могут идти без образования составного ядра. 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, а 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.

Спин, магнитный и электрический моменты ядер

Спин ядра

Ядро, как пространственно ограниченная и связанная система взаимодействующих между собой нуклонов, во многих случаях может рассматриваться в целом как одна микрочастица. Так как нуклоны, из которых состоит ядро, обладают собственным механическим моментом, или спином, а также совершают движение относительно друг друга (орбитальное движение относительно центра инерции ядра), то и ядра должны иметь собственный механический момент (далее просто момент) или спин.

Спин ядра есть векторная сумма полных моментов отдельных нуклонов, каждый из которых складывается из орбитального момента и спина нуклона , так что

Возможна другая схема сложения моментов отдельных нуклонов, когда сначала по отдельности суммируются векторы спинов и векторы орбитальных моментов всех нуклонов, затем полученные два вектора складываются. Однако, поскольку ядерные силы не центральны (см. §1.9 п.7) и в ядре существует спин-орбитальное взаимодействие (см. §2.3 п.1), то по этой причине в теории ядра используют первую схему.

Естественной единицей измерения момента импульса в квантовой механике служит постоянная Планка ħ = 1,0546·10^-34Дж·с, имеющая размерность момента импульса.

Вектор момента любых микрочастиц, как, впрочем, и спина ядра, обладает своеобразными свойствами.

Классификация операционных систем Виртуальная память Реализация многозадачности
Системы безопасности Операционная система Linux Введение в компьютерные сети Принципы построения вычислительных систем Базовые технологии локальной сетиСредства анализа Процедуры и функции Pascal Язык запросов SQL Программирование на СИ Брандмауэры Протоколы TCP/IP Файловые системы Драйверы устройств