Глава 4. ядерные реакции
Основные понятия и классификация
Ядерной реакцией называют процесс преобразования ядер и частиц при сближении их до расстояний ~ 10-13 см, когда вступают в действие ядерные силы. Образование новых ядер и частиц может происходить и под действием γ-квантов, т.е. под действием электромагнитных, а не ядерных сил. Этот процесс следует также отнести к ядерным реакциям, поскольку взаимодействие происходит в области ядра и приводит к его преобразованию. Если после столкновения сохраняется нуклонный состав исходных ядер и частиц, то процесс называется рассеянием. При рассеянии происходит только перераспределение энергии и импульса между взаимодействующими объектами.
Наиболее распространенным видом ядерной реакции является взаимодействие легкой частицы а с ядром А, в результате чего образуется также легкая частица b и ядро В:
 . | (4.1.1) |
Здесь частица а – бомбардирующая частица, ядро А – ядро-мишень. Обычно частицы а и b представляют: нейтрон (n), протон (p), дейтон (d), α-частицу (α-), γ-квант (γ-). Существует сокращенная запись процесса (4.1.1): A(a,b)B. В скобках обычно указываются частицы с меньшей массой. Используется также запись (a,b), когда речь идет только о типе ядерной реакции безотносительно к ядру-мишени и образующемуся ядру. Например, (p,n), (α,n), (γ,p) и т.д. Первой в скобках указывают бомбардирующую частицу, а второй – частицу, возникшую в результате реакции. Начальный этап реакции а+А называют входным каналом, а конечный b+B - выходным. Реакция может протекать неоднозначно и иметь несколько конкурирующих между собой выходных каналов:
 |
Каждый выходной канал характеризуется своей относительной вероятностью ηi, причем
, где η - относительная вероятность открытия входного канала. Величины ηi и η зависят от кинетической энергии частицы а. Два последних выходных канала представляют собой рассеяние. Рассеяние представляет частный случай ядерного взаимодействия и может быть упругим и неупругим. При упругом рассеянии (столкновении) не изменяется структура ядер и частиц и их внутренняя энергия. В случае неупругого рассеяния изменяется структура и внутренняя энергия сталкивающихся объектов.
Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд (1919 г.), бомбардируя α-частицами атомы газообразного азота:
 | (4.1.3) |
Реакция была обнаружена по возникновению вторичных ионизирующих частиц, длина пробега которых в газообразном азоте была больше, чем у бомбардирующих α-частиц. Впоследствии эти частицы были идентифицированы как протоны.
В настоящее время известно много различных ядерных реакций, которые условно можно разделить на три большие группы (класса), и каждая из которых обладает своими характерными особенностями: реакции, идущие под действием заряженных частиц; реакции под действием g-квантов(фотоядерные реакции); реакции под действием нейтронов.