Ядерные реакции
Ядерные реакции — непременная составляющая окружающего нас мира. Они постоянно протекают в атмосфере, где под действием космических лучей происходят превращения одних ядер в другие.
Они обеспечивают горение Солнца. Эволюция Вселенной сопровождается сложными цепочками ядерных превращений.
А в XX в. человек заставил ядерные реакции «работать» — их используют для получения энергии. Изучение ядерных реакций привело к созданию самого разрушительного оружия — атомной бомбы.
Ядерными реакциями называют процессы, происходящие при столкновении ядер или элементарных частиц с другими ядрами.
Это достаточно общее определение. Оно включает в себя как упругие процессы, при которых состояния взаимодействующих частиц не изменяются, так и неупругие, в результате которых изменяются квантовое состояние или состав ядра, а также рождаются новые частицы.
Для записи ядерных реакций используют выражения вида:
X1 + X2 + + X1’ + X2’ +
Слева записывают все начальные частицы, а справа — все конечные. Например, реакция, протекающая при бомбардировке ядра азота α-частицами, в результате которой образуется ядро кислорода и вылетает протон, записывается так:
α + 14N 17O + p.
Быстрые заряженные частицы, которыми бомбардируют мишени, получают с помощью ускорителей. Так создают пучки электронов, протонов, легких ядер и тяжелых ионов.
В результате ядерных реакций, вызываемых в мишени первичными пучками, образуются вторичные пучки. Это могут быть как заряженные, так и нейтральные частицы.
Так формируют пучки фотонов, π- и K-мезонов, нейтронов, антипротонов. Медленные нейтроны получают в ядерных реакторах.
Если в эксперименте используется пучок частиц b, налетающих на покоящиеся частицы a (их называют мишенью, обычно это ядра), а в результате реакции образуются частицы c и d, то схему реакции записывают в виде a(b, c)d. Как правило, d — образовавшееся в результате реакции ядро, а c — вылетающая частица (их может быть и несколько, тогда их перечисляют a(b, c1, c2, c3, )d).
Приведенная в качестве примера реакция взаимодействия α-частиц с ядром азота может быть записана и так: 14N(a, р)17O. Интересно, что именно эта реакция была первой реакцией превращения стабильных ядер, наблюдавшейся в лаборатории. Эксперимент был выполнен Резерфордом в 1919 г.
Часто взаимодействие одних и тех же частиц и ядер приводит к различным результатам. В таких случаях говорят, что ядерная реакция может протекать по различным каналам.
Например, при бомбардировке ядра меди протонами в конечном состоянии могут остаться те же частицы: 63Cu(p, p)63Cu (упругий процесс), а могут образоваться различные изотопы меди, цинка или никеля, в зависимости от того, какие частицы вылетают из ядра: 63Cu(p, n)63Zn, 63Cu(p, pn)62Cu, 63Cu(p, 2n)62Zn, 63Cu(p, 2p)62Ni.
