Курс лекций по разделу физика атома и ядра

Реакции под действием заряженных частиц Общие свойства

Реакции с заряженными частицами (протонами, a-частицами, дейтонами и другими ядрами) имеют характерные особенности, ненаблюдаемые в реакциях под действием γ-квантов и нейтронов.

1. Наличие электрического заряда у частицы и ядра-мишени вызывает между ними кулоновское отталкивание. Чтобы заряженная частица а и ядро-мишень А могли вступить в ядерное взаимодействие, она должна иметь кинетическую энергию Т_а, больше высоты кулоновского барьера В_k (см. (1.9.2)). В случае В_k >Т_азаряженная частица а может достичь области действия ядерных сил путем туннельного перехода сквозь кулоновский барьер (см. §3.4), но такой способ имеет малую вероятность, которая быстро уменьшается при уменьшении Т_а.

2. Даже если кинетическая энергия заряженной частицы при входе в мишень превышает высоту кулоновского барьера, это еще не означает, что она обязательно испытает ядерное взаимодействие и вступит в реакцию. При движении в мишени заряженная частица испытывает многократные столкновения с атомами, в результате которых кинетическая энергия частицы расходуется на ионизацию и возбуждение атомов мишени. Энергия, теряемая заряженной частицей при движении в среде, составляет около 35 эВ в одном акте ионизации. В итоге кинетическая энергия Т(х) частицы становится тем меньше, чем больший путь она прошла до ядерного взаимодействия. Сечение ионизации атома s_ион ~ 10^-16см², тогда как типичное сечение ядерной реакции s_реак ~ 10^-24см². Если начальная кинетическая энергия частицы 1 МэВ, то она испытает n ≈ 3×10⁴ ионизационных взаимодействий, прежде чем остановится. Эффективное сечение процесса остановки (s_ион)_ост = s_ион /n≈ 3×10^-21 см², т.е. вероятность ядерной реакции оказывается в сотни раз меньше вероятности потерять энергию на ионизацию. Поэтому у подавляющей части заряженных частиц а кинетическая энергия становится меньше высоты кулоновского барьера, и они не могут эффективно взаимодействовать с ядром-мишенью А.

Рассчитаем выход ядерной реакции (см. §4.3) под действием заряженных частиц. Пусть на мишень падают заряженные частицы с плотностью потока Ф₀ (рис. 4.6.1) и энергией Т₀. Мишень считается толстой, если средний пробег R частиц меньше толщины мишени. Число реакций на единице площади мишени в слое dx на глубине x в единицу времени равно (см. (4.3.11))

Здесь нельзя пренебречь зависимостью s от х, так как энергия частиц меняется в зависимости от х. Однако плотность потока частиц в мишени практически не меняется, так как доля ядерных взаимодействий ничтожно мала, а в результате ионизационных процессов сами частицы не исчезают, а только уменьшается их энергия. Поэтому, вместо (4.6.1) можно записать:

Полное число реакций в мишени на единице площади в единицу времени получим, выполнив интегрирование (4.6.2) в пределах от 0 до R:

Учитывая, что T = T(x), произведем в (4.6.3) замену переменной х на переменную Т:

При записи (4.6.4) учтено, что функция удельных потерьэнергииdT/dx < 0.

Тогда по определению выход ядерной реакции под действием заряженных частиц равен

Зависимость Y(T₀) - называется функцией возбуждения реакции.

Если экспериментально определить функцию Y(T), то из (4.6.5) следует, что

Если известна зависимость удельных потерь dT/dx от кинетической энергии заряженных частиц в веществе мишени, с помощью (4.6.6) можно определить зависимость сечения реакции от кинетической энергии бомбардирующих частиц:

Другие главы электронного учебника "Физика и математика в примерах и задачах"

Ядерная физика Строение и общие свойства атомных ядер
	Свойства ядер Заряд ядра Масса ядра и масса атома Спин, магнитный и электрический моменты ядер
Ядерная физика Модели атомных ядер
	Капельная модель Оболочечная модель Радиоактивные превращения ядер Основные законы радиоактивного распада
Ядерные реакции Деление ядер
	Механизми сечение ядерных реакций Реакции под действием заряженных частиц Термоядерный синтез Энергетический барьер деления Цепная реакция деления

Аналитическая геометрия Курс лекций по разделу Геометрия и алгебра: Кривые второго порядка, системы координат, Линейная алгебра, элементы векторной алгебры

Высшая алгебра Введение в математический анализ Элементы высшей алгебры

Математика - Функции и их графики, пределы, непрерывность функций и точки разрыва, производные и дифференциалы, свойства дифференцируемых функций, матрицы, системы линейных уравнений, комплексные числа

Первообразная функция Методы интегрирования Исследование функции на экстремум с помощью производных высших порядков Более 4000 живых предложений - аренда газели без водителя .Вычисление определенного интеграла, объемов тел Дифференциальное исчисление функции одной переменной скачать mp3 музыку Дискретная математика Элементы высшей алгебры Математический анализ, примеры решения задач блог бесплатно Строение и общие свойства атомных ядер Ядерные реакции Деление ядер Законы радиоактивного распада Взаимодействие нейтронов с ядрами Реакции с ядрами и частицамиКвантовая механика, Волновая функция Расчёт электрического поля Расчёт магнитной цепи Законы Кирхгофа и расчёт резистивных электрических цепей Электротехника лекции конспекты курсовые задачи