Московский государственный технический

3. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Основные теоретические сведения

Ядерной реакцией называется процесс, идущий при столкновении ядра или элементарной частицы с другим ядром, в результате которого меняется нуклонный состав исходного ядра, а также появляются новые частицы среди продуктов реакции. При записи ядерной реакции слева пишется сумма исходных частиц, затем ставится стрелка, а за ней сумма конечных продуктов. Например,

Эту же реакцию можно записать в более короткой символической форме

При рассмотрении ядерных реакций используются точные законы сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и другие. Если в качестве элементарных частиц в ядерной реакции фигурируют только нейтроны, протоны и γ - кванты, то в процессе реакции сохраняется и число нуклонов. Тогда должны соблюдаться баланс нейтронов и баланс протонов в начальном и конечном состояниях. Для реакции получаем:

число протонов 3 + 1 = 0 + 4;
число нейтронов 4 + 0 = 1 + 3.

Пользуясь этим правилом можно идентифицировать одного из участников реакции, зная остальных. Достаточно частыми участниками ядерных реакций являются α – частицы ( - ядра гелия), дейтроны ( - ядра тяжелого изотопа водорода, содержащие кроме протона по одному нейтрону) и тритоны ( - ядра сверхтяжелого изотопа водорода, содержащие кроме протона два нейтрона).

Разность энергий покоя начальных и конечных частиц определяет энергию реакции. Она может быть как больше нуля, так и меньше нуля. В более полной форме рассмотренная выше реакция записывается так:

где Q – энергия реакции. Для ее расчета с помощью таблицы свойств ядер сравнивают разность суммарной массы исходных участников реакции и суммарной массы продуктов реакции. Затем полученная разность масс (обычно выраженную в а.е.м.) пересчитывается в энергетические единицы (1 а.е.м. соответствует 931,5 МэВ).

Литература.

Савельев И.В. Курс общей физики. Учебн. пособие. В 5 кн. Кн.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: Наука. 1998. Гл.10.
Трофимова Т.И. Курс физики. Учебн. пособие. –М.: Высш. шк. 1990. Гл. 32.

Таблица 4. Массы некоторых нуклидов

Z	Нуклид	Масса, а.е.м.	Z	Нуклид	Масса, а.е.м.
	n	1,00867	6		12,00000
1		1,00783	6		13,00335
1		2,01410	6		14,00324
1		3,01605	7		13,00574
2		3,01603	7		14,00307
2		4,00260	7		15,00011
3		6,01513	8		15,00307
3		7,01601	8		15,99491
4		7,01693	8		16.99913
4		8,00531	8		17,99916
4		9,01219	9		18,00095
5		9,01333	9		18,99840
5		10,01294	9		19,99998
5		11,00931	10		19.99244

Примеры решения задач

Пример 8

При бомбардировке нейтронами ядер изотопа бора наблюдается испускание α - частиц. Какое получается остаточное ядро? Рассчитать энергию реакции.

Решение

Запишем уравнение реакции в виде Для нее баланс протонов 5 + 0 = Z + 2, баланс нейтронов 5 + 1 = N + 2. Очевидно, что Z = 3 и N = 4. Следовательно, остаточное ядро - .

Для расчета энергии реакции сравним суммы масс ядра мишени и нейтрона с суммой масс образовавшихся ядер (в а.е.м). Используя данные таблицы 4, получаем:

Разность масс а.е.м., что в пересчете соответствует высвобождаемой энергии Q = 0,003^.931,5 МэВ = 2,7945 МэВ.

Задачи для самостоятельного решения

8.1 -8.25. В табл. 5 приведены ядерные реакции, соответствующие варианту задания. Определить недостающее в записи ядро или частицу и энергию реакции.

Таблица 5

Номер задачи	Ядерная реакция
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
8.13
8.14
8.15
8.16
8.17
8.18
8.19
8.20
8.21
8.22
8.23
8.24
8.25

<< предыдущая страница следующая страница >>