Միջուկային ռեակցիաների դասակարգում. Միջուկային ռեակցիաները և դրանց դասակարգումը

Միջուկային ռեակցիաներ տերմինի տարբեր մեկնաբանություններ կան: Լայն իմաստով միջուկային ռեակցիան ցանկացած գործընթաց է, որը սկսվում է երկու, հազվադեպ՝ մի քանի մասնիկների (պարզ կամ բարդ) բախումից և ընթանում է, որպես կանոն, ուժեղ փոխազդեցությունների մասնակցությամբ։ Այս սահմանումը բավարարվում է նաև միջուկային ռեակցիաներով նեղ իմաստովայս բառերը, որոնք նշանակում են գործընթացներ, որոնք սկսվում են պարզ կամ բարդ մասնիկի (նուկլեոն, ա-մասնիկ, y-քվանտ) միջուկի բախումից։ Նկատի ունեցեք, որ ռեակցիայի սահմանումը բավարարում է որպես հատուկ դեպք, և մասնիկների ցրումը։1 Ստորև բերված են միջուկային ռեակցիաների երկու օրինակ։

Պատմականորեն առաջին միջուկային ռեակցիան (Rutherford, 1919 - պրոտոնի հայտնաբերում).

Նեյտրոնի հայտնաբերում (Cadwick, 1932).

Միջուկային ռեակցիաների ուսումնասիրությունն անհրաժեշտ է նոր միջուկների և տարրական մասնիկների հատկությունների, միջուկների գրգռված վիճակների և այլնի մասին տեղեկություններ ստանալու համար։ Չպետք է մոռանալ, որ միկրոաշխարհում քվանտային օրենքների առկայության պատճառով չի կարելի «նայել» մասնիկին կամ միջուկին։ Հետևաբար, միկրոօբյեկտների ուսումնասիրության հիմնական մեթոդը նրանց բախումների, այսինքն՝ միջուկային ռեակցիաների ուսումնասիրությունն է: Կիրառումների առումով միջուկային ռեակցիաները անհրաժեշտ են միջուկային էներգիայի օգտագործման, ինչպես նաև արհեստական ​​ռադիոնուկլիդների արտադրության համար։

Միջուկային ռեակցիաները կարող են տեղի ունենալ բնական պայմաններում (օրինակ՝ աստղերի ինտերիերում կամ ներսում տիեզերական ճառագայթներ) Բայց դրանց ուսումնասիրությունը սովորաբար իրականացվում է ք լաբորատոր պայմաններ, փորձարարական կայանքներում։ Միջուկային ռեակցիաներ իրականացնելու համար անհրաժեշտ է մասնիկները կամ միջուկները միջուկների հետ միասին հասցնել միջուկային ուժերի գործողության շառավիղի կարգի հեռավորությունների։ Կուլոնյան պատնեշը թույլ չի տալիս լիցքավորված մասնիկներին մոտենալ միջուկներին։ Ուստի լիցքավորված մասնիկների վրա միջուկային ռեակցիաներ իրականացնելու համար օգտագործում են արագացուցիչներ, որի դեպքում մասնիկները, արագանալով էլեկտրական դաշտում, ձեռք են բերում արգելքը հաղթահարելու համար անհրաժեշտ էներգիա։ Երբեմն այդ էներգիան համեմատելի է մասնիկի հանգստի էներգիայի հետ կամ նույնիսկ գերազանցում է այն. այս դեպքում շարժումը նկարագրվում է հարաբերական մեխանիկայի օրենքներով: Սովորական արագացուցիչներում ( գծային արագացուցիչ, ցիկլոտրոնև այլն) երկու բախվող մասնիկներից ավելի ծանրը, որպես կանոն, գտնվում է հանգստի վիճակում, իսկ ավելի թեթևը հարձակվում է։ Հանգիստ վիճակում գտնվող մասնիկը կոչվում է թիրախ (անգլերեն -թիրախ): Համընկնող, կամ ռմբակոծությունՌուսերենում մասնիկները հատուկ անուն չեն ստացել (in Անգլերեն Լեզուօգտագործվում է արկ տերմինը՝ արկ)։ Բախվող ճառագայթների արագացուցիչներում (բախվողներ)երկու բախվող մասնիկները շարժվում են, ուստի բաժանումը թիրախի և հարվածող մասնիկների ճառագայթի դառնում է անիմաստ:

Լիցքավորված մասնիկի էներգիան ռեակցիայի ժամանակ կարող է պակաս լինել Կուլոնյան պատնեշի բարձրությունից, ինչպես դա եղավ Ջ. Քոքրոֆթի և Է. Ուոլթոնի դասական փորձերի ժամանակ, ովքեր 1932 թվականին արհեստականորեն ճեղքեցին լիթիումի միջուկները՝ ռմբակոծելով դրանք արագացված վազքով։ . Իրենց փորձերում պրոտոնի ներթափանցումը թիրախային միջուկ տեղի ունեցավ Կուլոնյան պոտենցիալ պատնեշի միջով թունել անցնելու միջոցով (տես Դասախոսություն 7): Նման գործընթացի հավանականությունը, իհարկե, շատ ցածր է՝ պատնեշի ցածր թափանցիկության պատճառով։

Միջուկային ռեակցիաները խորհրդանշական կերպով գրելու մի քանի եղանակ կա, որոնցից երկուսը տրված են ստորև.

Որոշակի քվանտային վիճակում գտնվող բախվող մասնիկների հավաքածու (օրինակ. Ռև Li) կոչվում են մուտքային ալիքմիջուկային ռեակցիա. Միևնույն մասնիկների բախումների ժամանակ (ֆիքսված մուտքային ալիք), ընդհանուր դեպքում, կարող են առաջանալ տարբեր ռեակցիաների արտադրանքներ։ Այսպիսով, Li-ի հետ պրոտոնների բախման ժամանակ Li-ի ռեակցիաները (R, 2ա), Լի (R,Պ)Եղեք, 7 Li(/;, Դ Ֆ Be and other Այս դեպքում մենք խոսում ենք մրցակցային գործընթացների կամ մի շարքի մասին ելքային ալիքներ.

Միջուկային ռեակցիաները հաճախ գրվում են ավելի կարճ ձևով. (ա, բ) -դրանք. ցույց տալով միայն լույսի մասնիկները և չնշելով ռեակցիայի մեջ ներգրավված միջուկները: Օրինակ՝ մուտքը (/>, Պ)նշանակում է պրոտոնի միջոցով միջուկից նեյտրոնի արտազատում, Պ, y) -նեյտրոնի կլանումը միջուկի կողմից y-քվանտի արտանետմամբ և այլն:

Միջուկային ռեակցիաների դասակարգումկարող է իրականացվել հետևյալ չափանիշների համաձայն.

I. Ըստ գործընթացի տեսակի

• 1) ճառագայթման որսում՝ (լ, y),(R,y)
• 2) միջուկային ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ՝ (y, l), (y, Հ)
• 3) նուկլեոն-նուկլեոնային ռեակցիաներ.
  • ա) նուկլեոնի կամ նուկլեոնների խմբի նոկաուտի ենթարկելը (l, Ռ),(Ռ, ա) և այլն:
  • բ) նուկլեոնների «գոլորշիացում» (/?, 2լ), (Ռ, 2Հ)եւ այլն։
  • գ) անսարքություն ( դ, /?), (d, p)և պիկապ (էջ, դ), (լ, դ)
• 4) բաժանում՝ (l, D (r,D O/,U)
• 5) սինթեզ (միաձուլում)
• 6) ոչ առաձգական ցրում. (l, l’)
• 7) առաձգական ցրում (l, l)

//. Էներգիայի արտազատման կամ կլանման հիման վրա

• 1) էկզոտերմիկ ռեակցիաներ
• 2) էնդոթերմիկ ռեակցիաներ

III. Մասնիկների ռմբակոծման էներգիայով

• 1) ցածր էներգիա (
• 2) միջին էներգիաներ (1 keV-10 MeV)
• 3) բարձր էներգիաներ (> 10 ՄէՎ)

IV. Ռմբակոծված միջուկների զանգվածով

• 1) թեթեւ միջուկների վրա (A 50)
• 2) միջին զանգվածի միջուկների վրա (50 Ա
• 3) ծանր միջուկների վրա (Ա > 100)

V Ըստ ռմբակոծող մասնիկների տեսակի

• 1) լիցքավորված մասնիկների վրա (/;, ս՜,աև ավելի ծանր իոններ)
• 2) նեյտրոնների վրա
• 3) ֆոտոնների վրա (ֆոտոմիջուկային ռեակցիաներ)

• Էլաստիկ ցրման ժամանակ մասնիկները ներքին փոփոխությունների չեն ենթարկվում, նոր մասնիկներ չեն առաջանում։ Նրանց միջև միայն էներգիայի և թափի վերաբաշխում կա։ Անառաձգական ցրման ժամանակ նման փոխանակման հետ մեկտեղ տեղի է ունենում մասնիկներից առնվազն մեկի ներքին վիճակի փոփոխություն։
• Լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչների համար տե՛ս Դասախոսություն 15:
• d-ն դեյտրոնի՝ դեյտերիումի ատոմի միջուկի ընդունված նշանն է։

6. ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ

6.1 Միջուկային ռեակցիաների դասակարգումը և դրանց ընդհանուր սկզբունքները:

Միջուկային ռեակցիամիջուկային միջուկի ուժեղ փոխազդեցության գործընթացն է այլ միջուկների կամ տարրական մասնիկների հետ, որի արդյունքում միջուկը փոխակերպվում է։

Ընդհանուր առմամբ, միջուկային ռեակցիան գրվում է հետևյալ ձևով.

որտեղից
նշվում են ատոմային միջուկները, իսկ փոքր տառերը՝ տարրական մասնիկներ կամ թեթև միջուկներ (օրինակ՝ հելիումի միջուկ)։ Գործընթացը (6.1) կարող է ընթանալ, ընդհանուր առմամբ, տարբեր մրցակցային եղանակներով.

. (6.2)

Առաջին փուլմիջուկային ռեակցիան կոչվում է մուտքային ալիք:Միջուկային ռեակցիայի արդյունքը կոչվում է ելքային ալիք. Ելքային ալիքների շարքում կան ոչ առաձգական կապուղիներ
և առաձգական
ցրում. Այս գործընթացներում ռեակցիայի արտադրանքները համընկնում են այն մասնիկների հետ, որոնք արձագանքում են: Անառաձգական ցրման ժամանակ միջուկի ներքին վիճակը փոխվում է։

Միջուկային ռեակցիաները կարելի է դասակարգել ըստ տարբեր չափանիշների: 1. Ըստ միջուկի վրա ընկած մասնիկների տեսակի՝ միջուկային ռեակցիաները բաժանվում են՝ նեյտրոնների, լիցքավորված մասնիկների ազդեցության տակ տեղի ունեցող ռեակցիաների և - քվանտա. Քվանտների ազդեցության տակ ռեակցիաները տեղի են ունենում ոչ թե միջուկային փոխազդեցության, այլ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության պատճառով։ Քանի որ նման փոխազդեցությունները տեղի են ունենում կարճ հեռավորությունների վրա և հանգեցնում են միջուկի վերափոխմանը, դրանք սովորաբար դասակարգվում են որպես միջուկային ռեակցիաներ։ 2. Կախված առաջացման մեխանիզմից՝ միջուկային ռեակցիաները բաժանվում են՝ միջանկյալ միջուկի առաջացմամբ առաջացող ռեակցիաների և անմիջական փոխազդեցության ռեակցիաների։ 3. Էներգետիկ տեսանկյունից միջուկային ռեակցիաները բաժանվում են ռեակցիաների, որոնք էներգիա են թողնում ( էկզոտերմիկ) և էներգիայի կլանմամբ ( էնդոթերմիկ).

Միջուկային ռեակցիաների առաջացումը ուղեկցվում է պահպանման մի շարք օրենքներով։ Պահպանվում է բոլոր միջուկային ռեակցիաներում էլեկտրական լիցքՌեակցիայի մեջ մտնող մասնիկների ընդհանուր էլեկտրական լիցքը հավասար է ռեակցիայի արդյունքում առաջացող մասնիկների ընդհանուր էլեկտրական լիցքին: Եթե ​​միջուկային ռեակցիան ընթանում է առանց հակամասնիկների առաջացման, ապա նուկլոնների ընդհանուր թիվը պահպանվում է։ Նշանակված են նուկլոններ (պրոտոն, նեյտրոն)։ բարիոնի լիցք, հավասար է +1-ի։ Բացի նուկլեոններից, այլ ծանր մասնիկներ նույնպես ունեն բարիոնային լիցք. բարիոններ. Անտինուկլեոնների և հակաբարիոնների համար բարիոնի լիցքը ենթադրվում է մինուս մեկ։ Համաձայն այս սահմանումըԲոլոր միջուկային ռեակցիաներում բարիոնի լիցքը պահպանվում է։ Ակնհայտ է, որ միջուկի բարիոնային լիցքը համընկնում է նրա զանգվածային թվի հետ։

Թույլ փոխազդեցության բացակայության դեպքում, մասնավորապես, նման գործընթացները ներառում են միջուկային ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում միջուկային և էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների հսկողության ներքո, պետք է պահպանվի հավասարության պահպանման օրենքը: (6.1) ձևի միջուկային ռեակցիայի համար հավասարության պահպանման օրենքը գրված է այսպես

Այստեղ
- մասնիկների ներքին հավասարություն,
- համապատասխան զույգ մասնիկների ուղեծրային պահերը.

Միայն ուժեղ փոխազդեցությամբ առաջացած միջուկային ռեակցիաներում իզոսպինը պահպանվում է. ռեակցիայի մեջ մտնող մասնիկների ընդհանուր իզոսպինը հավասար է ձևավորվող մասնիկների ընդհանուր իզոսպինին։ Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հետ կապված ռեակցիաներում պահպանվում է իզոսպինի պրոյեկցիան։

Պահպանման օրենքները սահմանում են որոշակի արգելքներ միջուկային ռեակցիաների առաջացման վերաբերյալ և հնարավորություն են տալիս որոշել միջուկային ռեակցիաների առաջացման հնարավորությունները:

6.2 Միջուկային ռեակցիաներում էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքները:

Դիտարկենք տիպի ռեակցիա (6.1): Այս տեսակի ռեակցիայի պահպանման օրենքը ունի հետևյալ ձևը.

,
. (6.4)

Այստեղ
- հանգստի էներգիա,
- սկզբնական և վերջնական մասնիկների համապատասխանաբար կինետիկ էներգիաները.

Իմպուլսի պահպանման օրենքը ունի ձև.

. (6.5)

Հղման շրջանակում, որտեղ թիրախային միջուկը գտնվում է հանգստի վիճակում ( լաբորատոր համակարգ- LS), պետք է դրվի
. Իներցիայի համակարգի (SCI) կենտրոնում պետք է վերցնել
.

Ռեակցիայի էներգիակոչվում է քանակ

Եթե
(էներգիան ազատվում է), ապա ռեակցիան կոչվում է էկզոէներգետիկ(էկզոտերմիկ): Եթե
(էներգիան կլանվում է), ապա ռեակցիան կոչվում է էնդոէներգետիկ(էնդոթերմիկ): Էլաստիկ ցրման համար
.

Էկզոտերմիկ ռեակցիաները և առաձգական ցրման ռեակցիաները կարող են առաջանալ միջուկի վրա հայտնված մասնիկի ցանկացած կինետիկ էներգիայի դեպքում (լիցքավորված մասնիկի համար այս էներգիան պետք է գերազանցի միջուկի Կուլոնյան արգելքը): Էնդոթերմիկ ռեակցիաները հնարավոր են միայն այն դեպքում, եթե ներթափանցող մասնիկը բավականաչափ բարձր էներգիա ունի: Այս էներգիան պետք է գերազանցի շեմային ռեակցիայի էներգիա. Ռեակցիայի շեմային էներգիան բախվող մասնիկների նվազագույն կինետիկ էներգիան է (միջադեպ մասնիկի նվազագույն կինետիկ էներգիան, եթե թիրախային միջուկը գտնվում է հանգստի վիճակում), որի դեպքում ռեակցիան հնարավոր է դառնում։ Այս դեպքում կարևոր է կինետիկ էներգիան հարաբերական շարժումմասնիկներ. Եկեք բացատրենք սա. Թող երկու մասնիկներ շարժվեն միմյանց նկատմամբ: LS-ում, որտեղ մասնիկներից մեկը (օրինակ՝ երկրորդը) գտնվում է հանգստի վիճակում,
. Այս դեպքում համակարգի իներցիայի կենտրոնը շարժվում է LS-ում, և համակարգն ունի կինետիկ էներգիա.
- ոչ հարաբերական դեպքում, որը դեր չի խաղում ռեակցիայի ընթացքում։ Էնդոթերմիկ ռեակցիա առաջանալու համար անհրաժեշտ է, որ մասնիկների հարաբերական շարժման կինետիկ էներգիան լինի ոչ պակաս, քան . Նրանք. շեմային էներգիան որոշվում է հավասարությամբ.

. (6.7)

Ըստ սահմանման, շեմային էներգիա.

. (6.8)

(6.7) և (6.8) բանաձևերից մենք գտնում ենք.

. (6.9)

Բանաձևից (6.9) հետևում է, որ շեմային էներգիան գերազանցում է ռեակցիայի էներգիան: Ընտրելով թիրախային միջուկը որպես հանգստի վիճակում գտնվող մասնիկ, մենք վերջապես ստանում ենք.

. (6.10)

Դիտարկենք (6.10) բանաձևի ընդհանրացումը հարաբերական գործին: Այս դեպքում մենք կօգտագործենք միավորների համակարգ, որում
. Համաձայն հարաբերական մեխանիկայի իմպուլսը և էներգիան կազմում են 4 իմպուլս
. Քառաչափ իմպուլսի քառակուսին անփոփոխ է և հավասար է մասնիկների զանգվածի քառակուսուն.

Չփոխազդող մասնիկների համակարգի համար յուրաքանչյուր մասնիկի էներգիան և իմպուլսը պահպանվում են: Հետևաբար, յուրաքանչյուր մասնիկի 4 իմպուլսը պահպանվում է։ Համակարգի ամբողջական 4 զարկերակն այս դեպքում.

Քանի որ առանձին մասնիկների 4 իմպուլսը պահպանված է, պահպանվում է նաև համակարգի ընդհանուր 4 իմպուլսը։ Համաձայն հարաբերականության տեսության՝ ներկայացնում ենք համակարգի զանգվածի քառակուսին, որը հավասար է նրա 4 իմպուլսի քառակուսուն.

. (6.13)

Վերջին բանաձեւը վավեր է ինչպես չփոխազդող մասնիկների համակարգի, այնպես էլ փոխազդող մասնիկների համակարգի համար։ Այնուամենայնիվ, փոխազդող մասնիկների համակարգի համար այլևս հնարավոր չէ հաշվարկել 4-իմպուլսը բանաձևերի միջոցով (6.12):

Միջուկային ֆիզիկայում միջուկային ռեակցիաները դիտարկելիս կարծում ենք, որ ռեակցիայի մեջ մտնող մասնիկները փոխազդեցությունից առաջ գտնվում են միմյանցից մեծ հեռավորության վրա և կարելի է համարել ազատ։ Փոխազդեցությունից հետո ռեակցիայի մեջ առաջացած մասնիկները ցրվում են մեծ հեռավորությունների վրա և կարելի է համարել ազատ։ 4 իմպուլսի պահպանման օրենքը ասում է, որ համակարգի 4 իմպուլսը փոխազդեցությունից առաջ հավասար է փոխազդեցությունից հետո համակարգի 4 իմպուլսին, այսինքն.

. (6.14)

(6.14) և (6.13) բանաձևերից հետևում է, որ մասնիկների համակարգի զանգվածը չի փոխվում.

. (6.15)

Թող միջուկը
հանգչում է ԼՍ-ում՝ զանգվածի մասնիկում հարվածում է միջուկին. Համակարգի քառակուսի 4 իմպուլս մինչև մասնիկների փոխազդեցությունը.

Այժմ հաշվարկենք մասնիկների համակարգի 4-իմպուլսը SDI-ում փոխազդեցությունից հետո և օգտագործենք 4-իմպուլսի քառակուսու ինվարիանտության հատկությունը: Շեմային էներգիան համապատասխանում է այն իրավիճակին, երբ SCI-ում առաջացած մասնիկները գտնվում են հանգստի վիճակում։ Այսպիսով, SCI-ում.

Միջադեպի մասնիկի իմպուլսը կարող է արտահայտվել նրա էներգիայով.

Ռեակցիայի էներգիան՝ համաձայն բանաձևի առաջին հավասարության (6.6).

Վերջին երկու բանաձևերից հետևում է.

. (6.20)

Բանաձևը (6.20) բանաձևի հարաբերական ընդհանրացումն է (6.10): Փաստորեն, ոչ հարաբերական դեպքում էներգիան շատ է ավելի քիչ էներգիառեակցիային մասնակցող յուրաքանչյուր մասնիկի հանգիստը (զանգվածը): Այս դեպքում բանաձևի (6.20) փակագծերի վերջին տերմինը կարելի է անտեսել, և մենք անցնում ենք բանաձևին (6.10): Ոչ հարաբերական դեպքում շեմային էներգիան համաչափ է ռեակցիայի էներգիային։ Հարաբերականության դեպքում այն ​​քառակուսիորեն կախված է ռեակցիայի էներգիայից և կարող է զգալիորեն գերազանցել այն։

Բանաձևը (6.18) կարող է ընդհանրացվել այն դեպքում, երբ երկու սկզբնական մասնիկների փոխազդեցության գործընթացում. մասնիկներ:

. (6.21)

Հաշվի առեք արձագանքը

որի մեջ ձևավորվում է նեյտրոն-հակինեյտրոն զույգ։ Հաշվի առնելով յուրաքանչյուր մասնիկի զանգվածը նուկլեոնի զանգվածին
, օգտագործելով բանաձևը (6.21) մենք գտնում ենք շեմային էներգիան.
5,8 ԳեՎ. Այս էներգիան երեք անգամ գերազանցում է ռեակցիայի էներգիան
.

Որպես բանաձևի օգտագործման օրինակ (6.10) մենք տալիս ենք ռեակցիան.

.

Բանաձևի առաջին հավասարությունից (6.6) մենք գտնում ենք ռեակցիայի էներգիան.
MeV. Հաջորդը, օգտագործելով բանաձևը (6.10) մենք գտնում ենք ռեակցիայի շեմը.

MeV.

6.3 Անկյունային իմպուլսի պահպանման օրենքը.

Միջուկային ռեակցիաներում փոխազդող մասնիկների ընդհանուր անկյունային իմպուլսը և դրա պրոեկցիան ընտրված ուղղությամբ պահպանվում են:

Դիտարկենք (6.1) ձևի արձագանքը: Նրա համար իմպուլսի պահպանման օրենքը ունի հետևյալ ձևը.

, (6.22)

Այստեղ միջոցով
նշված են համապատասխան մասնիկների պտույտները,
- համապատասխան զույգ մասնիկների ուղեծրային պահերը, որոնք բնութագրում են նրանց հարաբերական շարժումը.

Բանաձևում (6.23) ներառված բոլոր վեկտորները քվանտային մեխանիկական են: Նրանք ունեն հետեւյալ հատկանիշները. Քվանտ-մեխանիկական վեկտոր միևնույն ժամանակ կարող է ունենալ մոդուլի քառակուսի որոշակի արժեքներ
և դրա կանխատեսումներից մեկը ընտրված ուղղությամբ . Այս դեպքում վեկտորի պրոյեկցիան կարող է վերցնել հետևյալ արժեքներից մեկը՝ , ընդհանուր
արժեքներ, որոնք համապատասխանում են տարածության տարբեր վեկտորային կողմնորոշմանը: Երկու վեկտորների գումար
երկիմաստ է, և գումարային վեկտորի չանթային թիվը կարող է ունենալ հետևյալ արժեքները՝ , ընդհանուր
արժեքներ, որտեղ
- նվազագույն արժեքը սկսած
. Այս հատկանիշները հաշվի առնելը հանգեցնում է ընտրության որոշակի կանոնների: Վերևում, մասնավորապես, դիտարկվել են ռադիոակտիվ քայքայման ընտրության կանոնները։

6.4 Միջուկային ռեակցիաների մեխանիզմներ.

Միջուկների կառուցվածքն ու հատկությունները դիտարկելիս, դրանք ճշգրիտ նկարագրելու դժվարության պատճառով դիմում են միջուկային մոդելների կառուցմանը, որոնց հիման վրա բացատրվում են միջուկների որոշակի հատկություններ։ Նմանատիպ խնդիր է առաջանում միջուկային ռեակցիաները նկարագրելիս։ Ինչպես միջուկների դեպքում, այստեղ էլ օգտագործվում են տարբեր մոդելներ, որոնք կոչվում են ռեակցիայի մեխանիզմներ. Կան բազմաթիվ տարբեր մեխանիզմներ: Հաջորդիվ կնկարագրվեն միջուկային ռեակցիաների երեք հիմնական մեխանիզմները՝ 1) բաղադրյալ միջուկի մեխանիզմը, 2) ուղղակի ռեակցիաների մեխանիզմը, 3) ծանր միջուկների տրոհման մեխանիզմը։

6.4.1 Կոմպոզիտային միջուկային մեխանիզմ:Բաղադրյալ միջուկի մեխանիզմը օգտագործվում է ռեակցիաների համար, որոնց ավարտի ժամանակը կազմում է
զգալիորեն գերազանցում է բնորոշը միջուկային ժամանակ
s-ն միջուկով մասնիկի թռիչքի ժամանակն է: Այս մեխանիզմի համաձայն, ռեակցիան տեղի է ունենում երկու փուլով.

Առաջին փուլում ձևավորվում է բարդ միջանկյալ միջուկ ( միացություն), որը բավական երկար ժամանակ գոյություն ունի հուզված վիճակում։ Այս միջուկն ունի շատ կոնկրետ բնութագրեր (զանգված, լիցք, պտույտ և այլն)։ Երկրորդ փուլում միջանկյալ միջուկը տրոհվում է ռեակցիայի արտադրանքի։

Այս ռեակցիայի մեխանիզմի համար միջանկյալ միջուկի երկար կյանքն էական դեր է խաղում: Կան մի քանի պատճառ, թե ինչու միջանկյալ միջուկը կարող է երկարակյաց լինել: 1. Գրգռման էներգիա (մասնիկների կապող էներգիա միջուկում և դրա սկզբնական կինետիկ էներգիան) բաշխված է միջուկի բոլոր մասնիկների միջև։ Էներգիայի այս վերաբաշխման արդյունքում ոչ մի մասնիկ չունի բավարար էներգիա միջուկից փախչելու համար։ Միջանկյալ միջուկի քայքայման համար անհրաժեշտ է էներգիայի հակադարձ կենտրոնացում ցանկացած մասնիկի կամ մասնիկների խմբի վրա: Այս գործընթացը կրում է տատանողական բնույթ և քիչ հավանականություն ունի։ 2. Միջանկյալ միջուկից մասնիկի հեռանալն իր հերթին կարող է զգալիորեն բարդանալ որոշ ընտրության կանոնների պատճառով։ 3. Միջանկյալ միջուկի գրգռման հեռացումը կարող է առաջանալ - ճառագայթման պատճառով: Գրգռման հեռացման այս գործընթացը ուղեկցվում է միջուկի վերակառուցմամբ, որը երկար ժամանակ է պահանջում։

Միջանկյալ միջուկի բնորոշ առանձնահատկությունն այն է, որ դրա քայքայումը կախված չէ այն բանից, թե ինչպես է ձևավորվել միջուկը։ Սա թույլ է տալիս արձագանքման երկու քայլերը դիտարկել միմյանցից անկախ: Միջանկյալ միջուկի քայքայման հավանականությունը.

, (6.25)

Որտեղ
- ամբողջ լայնությունը. Քանի որ միջանկյալ միջուկը կարող է քայքայվել տարբեր ուղիներով (արտանետում - ճառագայթում, պրոտոն, նեյտրոն և այլն), ապա քայքայման հավանականությունը կարող է ներկայացվել որպես հնարավոր ալիքներից մեկի միջոցով քայքայումը բնութագրող մասնակի հավանականությունների գումար.

Միջանկյալ միջուկի քայքայման հարաբերական հավանականությունները այս ալիքով.
, Որտեղ - մասնակի լայնություն, միջանկյալ միջուկի մեխանիզմի համաձայն, կախված չեն դրա ձևավորման եղանակից։ Նշենք, որ ընդհանուր և մասնակի լայնություններն ունեն էներգիայի չափ:

Միջանկյալ միջուկի գրգռման էներգիան ունի դիսկրետ սպեկտր, այսինքն. կարող է վերցնել միայն որոշակի արժեքներ: Քվանտային համակարգի կայուն հիմնական վիճակի էներգիան կյանքի տևողությամբ
խիստ սահմանված. Սա բխում է անորոշության սկզբունքից։ Այս դեպքում միջուկի էներգետիկ վիճակը նկարագրվում է - ֆունկցիա (նկ. 6.1) լայնությամբ
. Այս պայմանըկանչեց ստացիոնար.Միջանկյալ միջուկի գրգռված վիճակները, որոնց գրգռման էներգիան ավելի քիչ է, քան որևէ մասնիկի տարանջատման էներգիան, և որոնց համար ճառագայթումն արգելված է, ունեն շատ երկար կյանք և, համապատասխանաբար, շատ փոքր մակարդակի լայնություն: Նման պետությունները կոչվում են մետակայուն. Մետակայուն վիճակները կարելի է բնութագրել լավ աստիճանի ճշգրտությամբ՝ ըստ ֆունկցիայի: Միջանկյալ միջուկի գրգռված վիճակների կյանքի ժամկետները, եթե դրանք մետակայուն չեն, 10-12 վրկ կամ ավելի քիչ են (այս ժամանակները մեծ են՝ համեմատած բնորոշ միջուկային ժամանակի հետ, բայց փոքր են՝ համեմատած մետակայուն վիճակների կյանքի տևողության հետ): Նման պետությունները բնութագրվում են բավականին մեծ լայնությամբ և կոչվում են քվազի-ստացիոնար. Հավանականությունը, որ այս վիճակում գտնվող համակարգը էներգիա ունի
, նկարագրված է դիսպերսիայի բաշխմամբ.

. (6.27)

Այս բաշխումը ներկայացված է Նկ. 6.2.

Բրինձ. 6.1 Նկ. 6.2

Բաղադրյալ միջուկը գրգռված քվազի-ստացիոնար վիճակում ձևավորվում է, եթե ընկնող մասնիկի էներգիան ընկնում է վիճակի էներգիայի անորոշության միջակայքում։ Եթե ​​մակարդակների լայնությունը շատ ավելի քիչ է, քան միջին հեռավորությունը հարևան մակարդակների միջև, այնուհետև ընկնող մասնիկների ֆիքսված էներգիայի դեպքում ռեակցիան կշարունակվի մեկ մակարդակով: Այս տեսակի ռեակցիան կոչվում է ռեզոնանսային.

Երբ գրգռման էներգիան մեծանում է, էներգիայի մակարդակները դառնում են խիստ կենտրոնացված, և անհավասարությունը սկսում է պահպանվել
. Էներգիայի մակարդակները համընկնում են միմյանց, և ռեակցիան կարող է տեղի ունենալ անկումային մասնիկների ցանկացած էներգիայի դեպքում՝ սկսած որոշակի արժեքից: Նման ռեակցիաները կոչվում են ոչ ռեզոնանսային.

Ռեզոնանսային ռեակցիաների բնորոշ հատկանիշը ռեակցիայի արտադրանքների անկյունային բաշխումն է, որը SCI-ում սիմետրիկ է ընթացող մասնիկի իմպուլսին ուղղահայաց հարթության նկատմամբ ( առաջ-հետ սիմետրիա) (նկ. 6.3): Ոչ ռեզոնանսային ռեակցիաների դեպքում ռեակցիայի արգասիքների անկյունային բաշխումը ՄԿՀ-ում իզոտրոպ է (նկ. 6.4):

0 90 180 0 90 180

Բրինձ. 6.3 Նկ. 6.4
6.4.2 Ուղղակի ռեակցիաների մեխանիզմ. Ուղղակի արձագանքռեակցիա է, որը տեղի է ունենում շատ կարճ ժամանակներում (միջուկային բնորոշ ժամանակի կարգով): Ուղղակի ռեակցիաները տեղի են ունենում համեմատաբար բարձր էներգիաների դեպքում (մոտ 10 ՄէՎ և ավելի):

Ուղղակի ռեակցիաների առանձնահատկությունները հետևյալն են. 1. Ընկնող մասնիկը, օրինակ՝ նուկլեոնը, իր գրեթե ամբողջ էներգիան փոխանցում է ուղղակիորեն միջուկի արտանետվող բեկորին՝ նուկլեոնին, - մասնիկ։ Հետևաբար, փախչող մասնիկները բարձր էներգիա ունեն: 2. Այս դեպքում ռեակցիայի արտադրանքի անկյունային բաշխումը ակնհայտորեն անիզոտրոպ է: Մասնիկները միջուկից դուրս են թռչում հիմնականում ընկնող մասնիկի իմպուլսի ուղղությամբ։ 3. Պրոտոնների և նեյտրոնների միջուկից փախչելու հավանականությունը նույնն է, քանի որ փախչող մասնիկների բարձր էներգիաների դեպքում Կուլոնյան արգելքի առկայությունը աննշան է։

Ուղղակի միջուկային ռեակցիաների լայն տեսականի կա: Համառոտ նայենք հետևյալ ռեակցիաներին թերի ներթափանցումդեյտրոնը՝ միջուկի մեջ, ռեակցիաներ կոտրելև ռեակցիաներ վերցնել.

Որպես անկումային մասնիկ՝ վերցնում ենք դեյտրոնը, որը պրոտոնի և նեյտրոնի թույլ կապակցված ձևավորում է (կապող էներգիա 2,23 ՄէՎ)։ Անավարտ ներթափանցման ռեակցիայի գործընթացում դեյտրոնը բևեռացվում է Կուլոնյան ուժերով՝ բեկվելով պրոտոնի և նեյտրոնի մեջ, նեյտրոնը տեղափոխվում է միջուկ («կապված» է միջուկի վրա), և պրոտոնը շարունակում է իր շարժումը՝ առանց միջուկի մեջ մտնելու։ միջուկ և գործնականում առանց շարժման ուղղությունը փոխելու:

Մերկացման ռեակցիան դիտվում է դեյտրոնի և թիրախային միջուկի ոչ կենտրոնական բախումների ժամանակ։ Դեյտրոնի պրոտոնը և նեյտրոնը գտնվում են միմյանցից մեծ հեռավորության վրա և իրենց ժամանակի մեծ մասն անցկացնում են դրանք կապող ուժերի գործողության շառավղից դուրս (դեյտրոնի առանձնահատկություններից մեկը)։ Թիրախային միջուկի հետ դեյտրոնի փոխազդեցության պահին դեյտրոնի պրոտոնը և նեյտրոնը, նրանց միջև եղած մեծ հեռավորության պատճառով, կարող են հայտնվել տարբեր պայմաններում։ Նուկլեոններից մեկը կարող է լինել միջուկի միջուկային ուժերի գործողության դաշտում և գրավվի նրա կողմից։ Երկրորդ նուկլեոնը, որը գտնվում է միջուկի դաշտից դուրս, չի գրավվում միջուկի կողմից և թռչում է միջուկի կողքով:

Պիկապ ռեակցիան այն է, որ ընկնող միջուկը, թռչելով թիրախային միջուկի կողքով, վերցնում է թիրախային միջուկի նուկլեոններից մեկը և տանում այն:

Նշենք, որ դեյտրոնի և թիրախային միջուկի միջև նուկլեոնների փոխանակման գործընթացը արգելված է իզոտոպային սպինի պահպանման օրենքով։ Նուկլոնների փոխադարձ փոխանակման գործընթացը հնարավոր է այն դեպքերի համար, երբ ընկնող մասնիկը բարդ միջուկ է։

6.4.3 Ծանր միջուկների տրոհում. Ըստ բաժանմանմիջուկը նրա փոխակերպման գործընթացն է մի քանի միջուկների, որոնք համեմատելի են զանգվածով: Տարբերել ինքնաբուխԵվ հարկադրվածմիջուկային տրոհում. Ինքնաբուխ տրոհումը ինքնաբուխ գործընթաց է և վերաբերում է միջուկների ռադիոակտիվ ձևափոխություններին։ Հարկադիր միջուկային տրոհումը տեղի է ունենում մասնիկների, սովորաբար նեյտրոնների ազդեցության տակ։

Թվարկենք միջուկային տրոհման հիմնական հատկությունները։

1. Ծանր միջուկների տրոհումն ուղեկցվում է մեծ էներգիայի արտազատմամբ։ Սա հետևում է սկզբնական միջուկի և ստացված միջուկների զանգվածների համեմատությունից.

, (6.28)

որտեղ է տրոհվող միջուկի զանգվածը, - ձևավորված միջուկների զանգվածներ. Թող սկզբնական միջուկը նեյտրոնի ազդեցության տակ բաժանվի երկու բեկորի: Միջուկային զանգվածները հաշվարկվում են բանաձևով.

Որտեղ - կապող էներգիա մեկ նուկլեոնի համար: Հաշվի առնելով դա

Փոխարինելով (6.29) բանաձևով (6.28), մենք ստանում ենք.

, (6.30)

(6.31)

Մեկ նուկլեոնի բեկորների միջուկների միացման միջին էներգիան: Քանի որ միջուկների արժեքը միջինից պարբերական աղյուսակավելի շատ տարրեր կան, քան ծանր միջուկների համար (
), դա
Եվ .

2. Ճեղքման էներգիայի հիմնական մասն ազատվում է բեկորային միջուկների կինետիկ էներգիայի տեսքով։ Դա բացատրվում է նրանով, որ տրոհման արդյունքում առաջացած միջուկների միջև գործում են մեծ կուլոնյան վանողական ուժեր։

3. Բեկորային միջուկներն են - ռադիոակտիվ և կարող է նեյտրոններ արտանետել: Ծանր միջուկներից առաջանում են բեկորային միջուկներ, որոնց համար
, և հայտնվում են «ծանրաբեռնված» նեյտրոններով։ Այդպիսի միջուկներ են - ռադիոակտիվ. Այս ազդեցության արդյունքում տրոհման էներգիայի մի փոքր մասն ազատվում է քայքայման էներգիայի տեսքով։

4. Ճեղքման գործընթացի ընթացքում ավելցուկային նեյտրոնների մի մասը կարող է ուղղակիորեն արտանետվել միջուկներից ( երկրորդական նեյտրոններ) և խլել տրոհման ռեակցիայի էներգիայի մի մասը:

Պայմանն է անհրաժեշտ պայմանմիջուկային տրոհման գործընթացի համար, բայց միշտ չէ, որ բավարար է: Եթե ​​այս պայմանը ոչ միայն անհրաժեշտ, այլև բավարար լիներ, ապա տրոհման գործընթացը կդիտարկվեր բոլոր միջուկների համար՝ սկսած
. Այնուամենայնիվ, տրոհման գործընթացը հայտնաբերվել է միայն փոքր քանակությամբ ծանր միջուկների համար (թորիում, պրոտակտինիում, ուրան): Դիտարկենք այս խնդիրը՝ հիմնվելով միջուկի կաթիլային մոդելի վրա:

Կենթադրենք, որ սկզբնական միջուկը գտնվում է հիմնական վիճակում, ունի գնդաձև ձև և բաժանված է երկու բեկորի։ Տրոհումից հետո միջուկային բեկորները ցրվում են մեծ հեռավորության վրա և դրանց էներգիան կհամարվի հավասար զրոյի.
, Որտեղ - մակերեսային էներգիա և - բեկորային միջուկների կուլոնյան էներգիա. Եկեք մտովի փոխարինենք միջուկային տրոհման գործընթացը բեկորների միջուկների միաձուլման հակառակ գործընթացով։ Այս գործընթացը սխեմատիկորեն ներկայացված է Նկ. 6.5.

Բրինձ. 6.6

Երբ տրոհման բեկորները մոտենում են միմյանց, մինչև դիպչեն, նրանց կապող էներգիան կլինի

, (6.32)

Որտեղ
,
- բեկորային միջուկների շառավիղները. Միջուկային էներգիան նախքան տրոհումը (6.30) (նկ. 6.6) փոքր է, քան . Պետք է ակնկալել, որ այս Կուլոնյան պատնեշը կանխում է միջուկային տրոհման գործընթացը։

Ենթադրենք, որ սկզբնական միջուկը հիմնական վիճակից անցնում է գրգռված վիճակի, օրինակ՝ նեյտրոնի գրավման արդյունքում։ Գրավման արդյունքում միջուկը դեֆորմացվում է առանց ծավալը փոխելու և սկսում է թրթռալ։ Կախված գրգռման էներգիայից, հնարավոր է երկու դեպք.

Եթե ​​գրգռման էներգիան ցածր է, ապա միջուկը ենթարկվում է տատանողական շարժումների, որոնց ընթացքում նրա ձևը գնդաձևից փոխվում է էլիպսոիդային և հետևի։ Էլիպսոիդ ձևից գնդաձևի անցումը կատարվում է ուժերի ազդեցությամբ մակերեսային լարվածությունմիջուկներ.

Բարձր գրգռման էներգիայի դեպքում միջուկը դեֆորմացվում է՝ ստանալով բարձր ձգված էլիպսոիդի ձև, որի բևեռների միջև գործում են բավականաչափ մեծ Կուլոնյան վանող ուժեր։ Եթե ​​այս դեպքում Կուլոնի ուժերը ավելի մեծ են, քան մակերևութային լարվածության ուժերը, որոնք հակված են միջուկը վերադարձնել իր սկզբնական ձևին, ապա միջուկը շարունակում է դեֆորմացվել և ի վերջո բաժանվում է երկու բեկորների: Մակերեւութային լարվածության ուժերի ազդեցությամբ բեկորները ստանում են գնդաձեւ տեսք, իսկ նրանց միջեւ գտնվող Կուլոնյան վանող ուժերի ազդեցությամբ բեկորները ցրվում են մեծ հեռավորության վրա։

Եկեք դիտարկենք, թե ինչպես է միջուկի էներգիան փոխվում, երբ այն գրգռված է: Մակերեւութային էներգիան սկզբում մեծանում է միջուկի մակերեսի մեծացման պատճառով: Կուլոնի էներգիան տրոհման գործընթացի սկզբում, դեֆորմացիայի փոքրության պատճառով, գործնականում չի փոխվում (նկ. 6.7): Հետագա դեֆորմացիայի դեպքում մակերևութային էներգիայի աճը դանդաղում է և մոտենում է հաստատուն արժեքի, որը հավասար է բեկորների միջուկների մակերեսային էներգիաների գումարին: Այս դեպքում Կուլոնի էներգիան նվազում է (նկ. 6.7): Միջուկային էներգիայի փոփոխության կորը ստանում է Նկ. 6.8.

Բրինձ. 6.7
Տարբերությունը սկզբնական չգրգռված միջուկի էներգիայի և գրգռված միջուկի առավելագույն էներգիայի միջև
կանչեց ակտիվացման էներգիա . Չգրգռված միջուկի էներգիայի և նրանց միջև մեծ հեռավորության վրա գտնվող բեկորների էներգիաների գումարի տարբերությունը ռեակցիայի էներգիան է։

Բրինձ. 6.8
Նկար 6.8-ից պարզ է դառնում, որ սկզբնական միջուկը բաժանվելու համար նրան պետք է տրվի գրգռման ավելի մեծ էներգիա, քան ակտիվացման էներգիան: Այս դեպքում տրոհման գործընթացում արձակված էներգիան

(6.33)

կարող է դրական լինել:

Դիտարկենք հնարավորությունը ինքնաբուխմիջուկային տրոհում. Թունելի ազդեցության պատճառով միջուկը կարող է ինքնաբերաբար բաժանվել հիմնական վիճակից բեկորների: Նման ազդեցության հավանականությունը կախված է ստացված բեկորների զանգվածներից: Քանի որ բեկորների զանգվածները մեծ են, նման տրոհման հավանականությունը փոքր է։ Այս ինքնաբուխ բաժանման մեխանիզմը նման է քայքայման մեխանիզմին։ Մասնիկի փոքր զանգվածի պատճառով ավելի հավանական է քայքայվել։

Երբ մենք շարժվում ենք դեպի ավելի ծանր միջուկներ, պոտենցիալ պատնեշի բարձրությունը նվազում է, իսկ ինքնաբուխ տրոհման հավանականությունը մեծանում է: Երբ ակտիվացման էներգիան նվազում է մինչև զրոյի (պոտենցիալ խոչընդոտի բացակայություն), ինքնաբուխ տրոհումը վերածվում է. ակնթարթայինբաժանում. Ակնթարթորեն տրոհվող միջուկը Նկ. 6.8-ը համապատասխանում է հաստ գծիկ-կետագծին:

6.5 Միջուկային տրոհում նեյտրոնների ազդեցության տակ։ Միջուկային շղթայական ռեակցիաներ.

Նեյտրոնների ազդեցության տակ միջուկային տրոհման ռեակցիաները ուղեկցվում են երկրորդական նեյտրոնների առաջացմամբ։ Այս նեյտրոնները ապագայում կարող են օգտագործվել այլ միջուկների տրոհման համար։ Քանի որ տրոհման գործընթացում էներգիա է արձակվում, այս գործընթացը մեծ նշանակություն ունի գործնական նպատակների համար:

Եթե ​​միջուկային տրոհման մեկ գործողության ժամանակ առաջանում է երկու նեյտրոն, ապա պարզվում է, որ հնարավոր է իրականացնել երկու այլ միջուկների հետագա ճեղքումը, որի արդյունքում կհայտնվեն չորս նեյտրոններ, որոնք իրենց հերթին կարող են բաժանել չորս միջուկներ՝ կազմելով ութ։ նեյտրոններ և այլն: Արդյունքում զարգանում է ավալանշանման գործընթաց. միջուկային շղթայական ռեակցիա. Վերը նկարագրված գործընթացը իդեալական է, քանի որ... Տարբեր հանգամանքների պատճառով ամեն երկրորդական նեյտրոն չէ, որ մասնակցում է շղթայական ռեակցիային։ Երկրորդային նեյտրոնները կարող են հեռացվել ռեակցիայից ոչ առաձգական ցրման, ճառագայթման գրավման և այլ պատճառներով։ Այդպիսին կողմնակի ազդեցությունզգալիորեն ազդում է ռեակցիայի ընթացքի վրա և կարող է հանգեցնել դրա թուլացման:

Որպեսզի ռեակցիա առաջանա, անհրաժեշտ է, որ տվյալ սերնդի նեյտրոնների թիվը լինի ոչ պակաս նախորդ սերնդի նեյտրոնների թվից։ Տվյալ սերնդի նեյտրոնների թվի հարաբերակցությունը նախորդ սերնդի նեյտրոնների թվին կոչվում է. բազմապատկման գործակիցկ. Եթե կ k=1 ռեակցիան տեղի է ունենում հաստատուն հզորությամբ: Վերջապես, երբ կ>1 ռեակցիայի հզորությունը մեծանում է:

Տեղադրման (միջուկային ռեակտոր) պարամետրերը էական ազդեցություն ունեն շղթայական ռեակցիայի ընթացքի վրա։ Արտանետվող նեյտրոնների թիվը համաչափ է տեղադրման մակերեսին, իսկ արտադրված նեյտրոնների քանակը՝ դրա ծավալին: Վերաբերմունք
մեծանում է, քանի որ տեղադրման չափը նվազում է: Միաժամանակ ավելանում է ինստալացիայի մակերեսով փախչող նեյտրոնների թիվը։ Այս նեյտրոնները դուրս են գալիս միջուկային շղթայի գործընթացից: Այսպիսով, կան տեղադրման նվազագույն պարամետրեր, որոնց դեպքում նեյտրոնների թիվը, որոնք թողնում են տեղադրումը դրա մակերևույթի միջով, բավականաչափ մեծ է դառնում, և շղթայական ռեակցիան անհնար է դառնում, նույնիսկ եթե առկա են ռեակցիայի առաջացման համար անհրաժեշտ այլ պայմաններ: Տեղադրման նվազագույն չափերը, որոնց դեպքում շղթայական ռեակցիան անհնար է դառնում, կոչվում են կրիտիկական չափեր. Միջուկային տրոհվող նյութի (օրինակ՝ ուրան) նվազագույն զանգվածը կոչվում է կրիտիկական զանգված.

Ճեղքման ռեակցիայի ինտենսիվությունը կախված է նեյտրոնների էներգիայից և տրոհվող միջուկների տեսակից։ 0,025-ից մինչև 0,5 էՎ էներգիա ունեցող նեյտրոնները կոչվում են ջերմային 0,5 ԷՎ-ից մինչև 1 ԿեՎ էներգիաներով – ռեզոնանսային 1 KeV-ից մինչև 100 KeV էներգիաներով – միջանկյալԻ վերջո, կոչվում են 100 KeV-ից մինչև 14 MeV էներգիա ունեցող նեյտրոններ արագ. Արագ նեյտրոնների ազդեցության տակ գրեթե բոլոր միջուկները (թեթև, միջանկյալ և ծանր) տրոհվում են։ Մի քանի ՄէՎ էներգիա ունեցող նեյտրոնների ազդեցությամբ տեղի է ունենում միայն ծանր միջուկների տրոհում՝ սկսած մոտավորապես =200. Որոշ ծանր միջուկներ կարող են տրոհվել ցանկացած էներգիայի նեյտրոնների, ներառյալ ջերմային նեյտրոնների ազդեցության տակ։ Այդպիսի միջուկները ներառում են ուրանի իզոտոպներ
, պլուտոնիումի իզոտոպ
և տրանսուրանի տարրերի որոշ իզոտոպներ։ Ուրանի իզոտոպ
տրոհվում է միայն արագ նեյտրոնների ազդեցության տակ։ Էներգետիկ տեսանկյունից առավել բարենպաստ ռեակցիաներն են ջերմային նեյտրոնների ազդեցության տակ ծանր միջուկների տրոհումը։

2-6 ՄէՎ էներգիա ունեցող նեյտրոնների ազդեցությամբ միջուկային տրոհման հարաբերական հավանականությունը մոտավորապես 0,2 է, այլ պրոցեսների հարաբերական հավանականությունը (ոչ առաձգական ցրում, ճառագայթային գրավում)՝ 0,8։ Այսպիսով, 4/5 արագ նեյտրոնները վերանում են ռեակցիայից։ Որպեսզի շղթայական ռեակցիա տեղի ունենա, անհրաժեշտ է, որ մեկ տրոհման դեպքում արտադրվեն առնվազն հինգ երկրորդական նեյտրոններ, որոնց էներգիան 1 ՄէՎ-ից ավելի է: Քանի որ երկրորդական նեյտրոնների իրական թիվը 2-3 է, և դրանց էներգիան սովորաբար 1 ՄէՎ-ից պակաս է, ուրանի տրոհման շղթայական ռեակցիան իրականացնելու խնդիրը գործնականում անհնար է դառնում։

Ուրան
տրոհվում է ջերմային նեյտրոնների ազդեցության տակ։ Նրա համար նեյտրոնների ոչ առաձգական ցրումը հիմնարար չէ։ Դանդաղ նեյտրոնների ռեզոնանսային գրավման դերը համեմատաբար փոքր է։ Սա հնարավորություն է տալիս շղթայական ռեակցիա իրականացնել մաքուր իզոտոպի վրա։

Ուրանի իզոտոպների բնական խառնուրդում իզոտոպը կազմում է ընդամենը 1/140-րդ մասը։ Այնուամենայնիվ, չնայած այն հանգամանքին, որ ջերմային նեյտրոնների դեպքում տրոհման գործընթացին մասնակցում է միջուկների միայն 1/140-ը, իսկ ուրանի խառնուրդի բոլոր միջուկները մասնակցում են ռեզոնանսային գրավման գործընթացին, ջերմային շրջանումտրոհման հավանականությունը համեմատելի է ռեզոնանսային ցրման հավանականության հետ։ Սա հիմք է տալիս հիմքի վրա շղթայական ռեակցիա իրականացնելու հնարավորություն՝ առանց այն խառնուրդից նախապես մեկուսացնելու։

Ռեզոնանսային գրավման հավանականությունը նվազեցնելու համար կարող եք օգտագործել մեթոդը հարստացումբնական ուրանի իզոտոպը և մեթոդը դանդաղեցումարագ նեյտրոններ տարբեր մոդերատորների վրա - նյութեր, որոնց միջուկային զանգվածը համեմատելի է նեյտրոնի զանգվածի հետ: Երկրորդ մեթոդն ամենաարդյունավետն է ստացվում։ Նեյտրոններ այս դեպքում փորձ առաձգական բախումներմոդերատոր միջուկներով՝ դրանց փոխանցելով իր էներգիայի մի մասը և աստիճանաբար վերածվելով ջերմային նեյտրոնների։

Քանակականորեն ռեակցիայի գործընթացը բնութագրվում է բազմապատկման գործակիցով

, (6.34)

Որտեղ - նեյտրոնների բազմապատկման գործակիցը անսահման միջավայրով (ռեակտոր անսահման մեծ չափսեր), - նեյտրոնների արտահոսքից խուսափելու հավանականություն - հավանականություն, որ նեյտրոնը չի հեռանում իրական ռեակտորի սահմաններից: Գործակից

) երկրորդական նեյտրոններ, որոնք միջուկներից դուրս են թռչում երկար ժամանակ անց՝ վայրկյանի մի քանի հատվածից մինչև մի քանի վայրկյան։ Նման նեյտրոնները կոչվում են ուշացած.Եթե ​​նեյտրոնների բազմապատկման գործակիցը ստացվում է 1,0064-ից ոչ ավելի, ապա հաշվի առնելով այն, որ նեյտրոնների 0,64%-ը ուշանում է, ռեակցիան չի կարող շարունակվել միայն արագ նեյտրոնների շնորհիվ։ Արագ նեյտրոնների հետ մեկտեղ պետք է հաշվի առնել ուշացած նեյտրոնները: Հաշվի առնելով ուշացած նեյտրոնները մեկ սերնդի միջին կյանքի ընթացքում տալիս է
Հետ. Արժեքները վերցնելը
Եվ =0.1, մենք գտնում ենք, որ 1 վրկ-ում նեյտրոնների թիվն ավելանում է ընդամենը 1.05 անգամ։ Ռեակցիայի ինտենսիվության այս դանդաղ աճը համեմատաբար հեշտացնում է այն վերահսկելը:

6.6 Ջերմամիջուկային ռեակցիաներ. Վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլում.

Ծանր միջուկների տրոհման ռեակցիաներին, որոնք էներգիա են թողնում, տեղի են ունենում թեթև միջուկների միաձուլման ռեակցիաներ։ Ինչպես տրոհման ռեակցիաները, նրանք էներգիա են թողնում.

, (6.39)

որտեղ է միաձուլվող միջուկների ընդհանուր զանգվածային թիվը, - նրանց հատուկ կապող էներգիայի միջին արժեքը, - ավելի ծանր միջուկի հատուկ կապի էներգիան: Միջուկային միաձուլման ժամանակ մեկ նուկլեոնի արտանետվող էներգիան սովորաբար գերազանցում է տրոհման էներգիան։ Սինթեզի ռեակցիայի օրինակ է ռեակցիան

, (6.40)

Այս դեպքում ռեակցիան պահանջում է բախվող մասնիկների բավականաչափ բարձր էներգիա՝ Կուլոնյան արգելքը հաղթահարելու համար (մոտ 0,1 ՄէՎ)։

Ջերմամիջուկային միաձուլման հիմնական մարտահրավերն այն է, թե ինչպես կարելի է նման ռեակցիաները դարձնել ինքնապահպանվող: Առաջին հերթին անհրաժեշտ է, որ բախվող միջուկներն ունենան մեծ կինետիկ էներգիա. Սա պահանջում է արձագանքող միջուկների խառնուրդը տաքացնել հարյուր միլիոնավոր աստիճանի ջերմաստիճանի: Այս ջերմաստիճաններում նյութը լիովին իոնացված պլազմա է: Սա բարձրացնում է երկարակյաց բարձր ջերմաստիճանի պլազման բավական երկար ժամանակով սահմանափակելու հետևյալ խնդիրը: Առաջին խնդիրը լուծվում է բուն ռեակցիայի ջերմության միջոցով բարձր էներգիայի միջուկներ արտադրելու հիման վրա։ Պատճառով բարձր ջերմաստիճանիպլազման պետք է մեկուսացված լինի ռեակտորի պատերից: Պլազմայի մեկուսացումն իրականացնելու համար օգտագործվում է մագնիսական դաշտերի պատճառով դրա ջերմամեկուսացման մեթոդը, մասնավորապես՝ օգտագործելու գաղափարը. պտղունց ազդեցություն– պլազմայի լայնակի սեղմում դրա միջով անցնելիս էլեկտրական հոսանք. Երրորդ, պլազման պետք է ունենա բարձր խտություն: Դա պայմանավորված է նրանով, որ արագ պլազմային էլեկտրոնները կորցնում են էներգիան bremsstrahlung-ի և synchrotron ճառագայթման արդյունքում։ Այս կորուստները փոխհատուցելու և էներգիա ստանալու համար անհրաժեշտ է ստեղծել բարձր խտության պլազմա։

Որպեսզի ջերմամիջուկային միաձուլման ռեակցիայի էներգիայի արտազատումը գերազանցի էներգիայի սպառումը, անհրաժեշտ է կատարել. Լոուսոնի չափանիշ. Lawson-ի չափանիշը պահպանման պարամետրի որոշակի համակցությունն է
որտեղ է միջուկների թիվը 1 սմ 3-ում, պլազմայի պահպանման ժամանակը վայրկյաններով և ջերմաստիճանը . Մաքուր դեյտերիումի պլազմայի համար
Եվ
.

Լոուսոնի չափանիշը կատարելու մի քանի հնարավոր ուղիներ կան: Բարձր ջերմաստիճանի պլազմայի ստացման առաջին խնդիրը կարելի է լուծել հետևյալ մեխանիզմների հիման վրա՝ 1) Էլեկտրական հոսանքի անցում պլազմայի միջով. Ջեռուցումը տեղի է ունենում Ջոուլի ջերմության պատճառով: Այս տաքացման մեխանիզմը օգտագործվում է սկզբնական փուլում, մինչև պլազման տաքացվի մինչև 10 7 աստիճան: 2) պլազմայի սեղմումը էլեկտրադինամիկական ուժերով, երբ դրա միջով հոսանք է անցնում. Այս դեպքում արագ սեղմման պատճառով (կծկման ազդեցություն) տեղի է ունենում պլազմայի ադիաբատիկ տաքացում։ 3) պլազմայի տաքացում բարձր հաճախականությամբ էլեկտրամագնիսական դաշտ. 4) ինտենսիվ ջեռուցում լազերային ճառագայթումև այլն։

Երկրորդ խնդիրը պլազմայի սահմանափակման խնդիրն է: Դիտարկենք կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման ամենախոստումնալից մեթոդը՝ մագնիսական պլազմայի սահմանափակման մեթոդը։ Բաղադրիչներպլազման իոններ և էլեկտրոններ են, որոնք կրում են էլեկտրական լիցք: Պլազման մագնիսական դաշտում դնելիս Լիցքավորված պլազմայի մասնիկները կշարժվեն պարուրաձև գծերի երկայնքով, որոնք «փքված» են մագնիսական դաշտի գծերի շուրջ: Երբ որոշակի ընթացիկ արժեք է հասնում, պլազմայի սեղմման ուժերը հնարավոր են դառնում, որոնք բավարար են պլազմային ճնշումը հաղթահարելու և այն խցիկի պատերից հեռացնելու համար: Պլազմային սահմանափակման համար, հետևաբար, անհրաժեշտ է, որ պայմանը բավարարվի

. (6.41)

Այս պայմանը հասանելի է, երբ
սմ -3.

Սկզբում բարձր ջերմաստիճանի պլազմա ստանալու համար նրանք օգտագործում էին մեծ հզորությամբ կոնդենսատորների մարտկոցի լիցքաթափումը։ Լիցքաթափման հոսանքը առաջացնում է մագնիսական դաշտ, որը սահմանափակում և տաքացնում է պլազման դրա սեղմման պատճառով։ Առաջանում է պլազմային «լար», որը պահվում է դրանով անցնող հոսանքով (նկ. 6.9):


Վակուում

Վակուում

Բրինձ. 6.9
Էլեկտրադինամիկ ուժերով պլազմայի սեղմման մեթոդի կիրառմամբ հնարավոր է ստանալ ջերմաստիճանով պլազմա
իսկ խտությունը 10 12 -10 13 սմ -3. Այնուամենայնիվ, սա բարձրացնում է պլազմայի անկայունության խնդիրը: Ի սկզբանե ձևավորված պլազմային «լարը» պարզվում է, որ չափազանց անկայուն է իր դեֆորմացիաների (սեղմումների և թեքությունների) նկատմամբ: Նման դեֆորմացիաները առաջանալով ներքին ուժերի ազդեցության տակ երկրաչափականորեն աճում են և կարճ ժամանակում (միկրովայրկյանների կարգով) պլազման շփվում են խցիկի պատերի հետ: Այսքան կարճ ժամանակում բավարար քանակությամբ էներգիա չի հասցնում բաց թողնել ջերմաստիճանը պահպանելու համար, և ինքնաբավարար գործընթացն անհնար է դառնում։ Այս խնդիրը լուծելու համար օգտագործվել են տարբեր բույսերի նմուշներ։ Մասնավորապես՝ տորոիդաձև աշխատանքային խցիկներ՝ համակցված մագնիսական դաշտեր. Նման ինստալացիաները կոչվում են tokamaks: Օգտագործելով այս տեսակի կայանքները, հնարավոր է ստանալ 10 7 աստիճան ջերմաստիճանով, 10 10 սմ -3 խտությամբ պլազմա և պահել այն վայրկյանի մի քանի հարյուր ֆրակցիա: Այս պարամետրերը մոտ են Լոուսոնի պարամետրերին։

Ներկայումս tokamak տիպի կայանքները ամենահեռանկարայինն են վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլման իրականացման համար:

Անվերահսկելի ջերմամիջուկային միաձուլումը տեղի է ունենում Արեգակի վրա և կարող է իրականացվել պայթյունի տեսքով ջրածնային ռումբ(ատոմային պայթյունի հետևանքով առաջացած ոչ ստացիոնար ինքնակայուն ջերմամիջուկային ռեակցիա):

Միջուկային ռեակցիաները ատոմային միջուկների փոխակերպումներ են տարրական մասնիկների (այդ թվում՝ y-քվանտների) կամ միմյանց հետ փոխազդելու ժամանակ։ Միջուկային ռեակցիայի ամենատարածված տեսակը հետևյալ կերպ խորհրդանշական գրված ռեակցիան է.

որտեղ X և Y-ը սկզբնական և վերջնական միջուկներն են, ԱԵվ բ- միջուկային ռեակցիայի ժամանակ ռմբակոծում և արտանետվող (կամ արտանետվող) մասնիկներ:

Ցանկացած միջուկային ռեակցիայի դեպքում լիցքի և զանգվածի թվերի պահպանման օրենքները բավարարվում են. վճարի գումարը (զանգվածային) Միջուկային ռեակցիա մտնող միջուկների և մասնիկների թիվը հավասար է ռեակցիայի վերջնական արտադրանքի (միջուկներ և մասնիկներ) լիցքի (զանգվածի) թվերի գումարին.. Իրականացվում են նաև էներգիայի պահպանման օրենքներ, իմպուլսԵվ իմպուլսի պահը.

Ի տարբերություն ռադիոակտիվ քայքայման, որը միշտ տեղի է ունենում էներգիայի արտազատմամբ, միջուկային ռեակցիաները կարող են լինել էկզոթերմիկ (էներգիայի արտազատմամբ) կամ էնդոթերմիկ (էներգիայի կլանմամբ):

Բազմաթիվ միջուկային ռեակցիաների մեխանիզմը բացատրելու հարցում կարևոր դեր է խաղացել Ն. Բորի այն ենթադրությունը (1936), որ միջուկային ռեակցիաներն ընթանում են երկու փուլով՝ հետևյալ սխեմայի համաձայն.

Առաջին փուլը X միջուկի կողմից ա մասնիկի գրավումն է, որը մոտեցել է նրան միջուկային ուժերի գործողության հեռավորության վրա (մոտավորապես 2 10 15 մ), և միջանկյալ C միջուկի ձևավորումը, որը կոչվում է միացություն (կամ բաղադրյալ միջուկ): . Միջուկ թռչող մասնիկի էներգիան արագորեն բաշխվում է բաղադրյալ միջուկի նուկլոնների միջև, ինչի արդյունքում այն ​​հայտնվում է գրգռված վիճակում։ Երբ բարդ միջուկի նուկլեոնները բախվում են, նուկլեոններից մեկը (կամ դրանց համակցությունը, օրինակ՝ դեյտրոնը` ջրածնի ծանր իզոտոպի միջուկը` դեյտերիումը, որը պարունակում է մեկ պրոտոն և մեկ նեյտրոն) կամ cx մասնիկ. էներգիան բավարար է միջուկից փախչելու համար: Արդյունքում հնարավոր է միջուկային ռեակցիայի երկրորդ փուլը՝ բաղադրյալ միջուկի քայքայումը V միջուկի և մասնիկի։ բ.

Միջուկային ռեակցիաների դասակարգում

Ըստ ռեակցիաների մեջ ներգրավված մասնիկների.

• ռեակցիաներ նեյտրոնների ազդեցության տակ;
• ռեակցիաներ լիցքավորված մասնիկների ազդեցության տակ (օրինակ՝ պրոտոններ, (X-մասնիկներ)։

Ըստ ռեակցիան առաջացնող մասնիկների էներգիայի.

• ռեակցիաներ ցածր էներգիաներով (eV կարգի վրա), որոնք տեղի են ունենում հիմնականում նեյտրոնների մասնակցությամբ.
• ռեակցիաներ միջին էներգիաներով (մի քանի ՄէՎ), որոնք տեղի են ունենում քվանտների և լիցքավորված մասնիկների մասնակցությամբ.
• ռեակցիաներ բարձր էներգիաներով (հարյուր հազարավոր ՄԷՎ), որոնք հանգեցնում են տարրական մասնիկների ծնունդին, որոնք բացակայում են ազատ վիճակում և մեծ նշանակություն ունեն դրանց ուսումնասիրության համար։

Ըստ ռեակցիաների մեջ ներգրավված միջուկների տեսակի.

• ռեակցիաներ թեթև միջուկների վրա (A 50);
• ռեակցիաներ միջին միջուկների վրա (50 Ա
• ռեակցիաներ ծանր միջուկների վրա (Ա > 150).

Ըստ տեղի ունեցող միջուկային փոխակերպումների բնույթի.

• ռեակցիաներ, որոնք ներառում են նեյտրոնների արտանետում;
• ռեակցիաներ լիցքավորված մասնիկների արտանետմամբ. Պատմության առաջին միջուկային ռեակցիան (Ռադերֆորդ, 1919)

Միջուկային ռեակցիաների ուսումնասիրությունը մեծ դեր է խաղացել միջուկների կառուցվածքի մասին պատկերացումների ձևավորման գործում, ինչը լայն տեղեկատվություն է տրամադրում միջուկների գրգռված վիճակների սպինների և հավասարության մասին և նպաստում է կեղևի մոդելի զարգացմանը: Բախվող միջուկների միջև մի քանի նուկլոնների փոխանակման ռեակցիաների ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տվել ուսումնասիրել միջուկային դինամիկան մեծ անկյունային իմպուլս ունեցող վիճակում։ Արդյունքում հայտնաբերվեցին երկար պտտվող գոտիներ, որոնք հիմք հանդիսացան միջուկի ընդհանրացված մոդելի ստեղծման համար։ Ծանր միջուկների բախման ժամանակ առաջանում են միջուկներ, որոնք գոյություն չունեն բնության մեջ։ Տրանսուրանի տարրերի սինթեզը հիմնականում հիմնված է ծանր միջուկների փոխազդեցության ֆիզիկայի վրա։ Ծանր իոնների հետ ռեակցիաներում առաջանում են միջուկներ, որոնք հեռու են β-կայունության գոտուց։ β-կայունության գոտուց հեռու միջուկները կայուն միջուկներից տարբերվում են Կուլոնի և միջուկային փոխազդեցությունների միջև, պրոտոնների քանակի և նեյտրոնների քանակի միջև փոխհարաբերություններով և պրոտոնների և նեյտրոնների կապող էներգիաների զգալի տարբերություններով, որոնք դրսևորվում են: ռադիոակտիվ քայքայման նոր տեսակներում՝ պրոտոնային և նեյտրոնային ռադիոակտիվություն և ատոմային միջուկների մի շարք այլ հատուկ առանձնահատկություններ։
Միջուկային ռեակցիաները վերլուծելիս անհրաժեշտ է հաշվի առնել միջուկների հետ փոխազդող մասնիկների ալիքային բնույթը։ Միջուկների հետ մասնիկների փոխազդեցության գործընթացի ալիքային բնույթը հստակ դրսևորվում է առաձգական ցրման մեջ։ Այսպիսով, 10 ՄէՎ էներգիա ունեցող նուկլոնների համար դե Բրոլիի կրճատված ալիքի երկարությունը փոքր է միջուկի շառավղից, և երբ նուկլոնը ցրված է, առաջանում է դիֆրակցիոն առավելագույն և նվազագույնի բնորոշ օրինաչափություն։ 0,1 ՄէՎ էներգիա ունեցող նուկլոնների համար ալիքի երկարությունը մեծ է միջուկի շառավղից և դիֆրակցիա չկա։ Էներգիայով նեյտրոնների համար<< 0.1 МэВ сечение реакции ~π 2 гораздо больше, чем характерный размер площади ядра πR.
Միջուկային ռեակցիաները միջուկային դինամիկան ուսումնասիրելու արդյունավետ մեթոդ են։ Միջուկային ռեակցիաները տեղի են ունենում, երբ երկու մասնիկներ փոխազդում են: Միջուկային ռեակցիայի ժամանակ մասնիկների միջև տեղի է ունենում էներգիայի և իմպուլսի ակտիվ փոխանակում, որի արդյունքում ձևավորվում են մեկ կամ մի քանի մասնիկներ, որոնք հեռանում են փոխազդեցության շրջանից: Միջուկային ռեակցիայի արդյունքում տեղի է ունենում ատոմային միջուկի վերադասավորման բարդ գործընթաց։ Ինչպես միջուկի կառուցվածքը նկարագրելիս, այնպես էլ միջուկային ռեակցիաները նկարագրելիս գրեթե անհնար է խնդրի ճշգրիտ լուծում ստանալ: Եվ ինչպես միջուկի կառուցվածքը նկարագրվում է տարբեր միջուկային մոդելներով, այնպես էլ միջուկային ռեակցիայի ընթացքը նկարագրվում է տարբեր ռեակցիաների մեխանիզմներով։ Միջուկային ռեակցիայի մեխանիզմը կախված է մի քանի գործոններից՝ ընկնող մասնիկի տեսակից, թիրախային միջուկի տեսակից, ընկնող մասնիկի էներգիայից և մի շարք այլ գործոններից։ Միջուկային ռեակցիայի սահմանափակող դեպքերից է ուղղակի միջուկային ռեակցիա. Այս դեպքում ընկնող մասնիկը էներգիա է փոխանցում միջուկի մեկ կամ երկու նուկլոններին, և նրանք հեռանում են միջուկից՝ առանց միջուկի այլ նուկլոնների հետ փոխազդելու։ Ուղղակի միջուկային ռեակցիայի առաջացման բնորոշ ժամանակը 10 -23 վրկ է։ Ուղղակի միջուկային ռեակցիաները տեղի են ունենում բոլոր միջուկների վրա՝ ընկնող մասնիկի ցանկացած էներգիայով: Ուղղակի միջուկային ռեակցիաները օգտագործվում են ատոմային միջուկների միմասնիկ վիճակներն ուսումնասիրելու համար, քանի որ Ռեակցիայի արտադրանքները պարունակում են տեղեկատվություն այն մակարդակների դիրքի մասին, որոնցից նուկլեոնը նոկաուտի է ենթարկվում: Օգտագործելով ուղղակի միջուկային ռեակցիաները, մանրամասն տեղեկություններ են ստացվել միջուկների միմասնիկ վիճակների էներգիաների և զբաղվածության մասին, որոնք հիմք են հանդիսացել միջուկի թաղանթային մոդելի համար։ Մեկ այլ սահմանափակող դեպք է տեղի ունեցող ռեակցիաները բարդ միջուկի ձևավորում.

Միջուկային ռեակցիաների մեխանիզմի նկարագրությունը տրվել է Վ.Վեյսկոպֆի աշխատություններում։

V. Weiskopf: «Ի՞նչ է տեղի ունենում, երբ մասնիկը մտնում է միջուկ և բախվում միջուկի բաղադրիչներից մեկին: Նկարը ցույց է տալիս այս հնարավորություններից մի քանիսը:
1) Ընկնող մասնիկը կորցնում է իր էներգիայի մի մասը՝ միջուկային մասնիկը բարձրացնելով ավելի բարձր վիճակի։ Սա կլինի ոչ առաձգական ցրման արդյունք, եթե ներգնա մասնիկը մնա այնքան էներգիայով, որ նորից փախչի միջուկից: Այս գործընթացը կոչվում է ուղղակի ոչ առաձգական ցրում, քանի որ այն ներառում է միջուկի միայն մեկ բաղադրիչից ցրում:
2) Ընկնող մասնիկը էներգիա է փոխանցում կոլեկտիվ շարժմանը, ինչպես խորհրդանշականորեն ցույց է տրված նկարի երկրորդ դիագրամում, սա նույնպես ուղղակի փոխազդեցություն է։
3) Նկարի երրորդ դիագրամում փոխանցված էներգիան բավականաչափ մեծ է թիրախից նուկլոն պոկելու համար: Այս գործընթացը նույնպես նպաստում է ուղղակի միջուկային ռեակցիային։ Սկզբունքորեն այն չի տարբերվում 1-ից), այն համապատասխանում է «փոխանակման ռեակցիայի»։
4) Մուտքային մասնիկը կարող է կորցնել այնքան էներգիա, որ այն մնում է կապված միջուկի ներսում, փոխանցված էներգիան կարող է վերցնել ցածրադիր նուկլեոնն այնպես, որ այն չկարողանա լքել միջուկը։ Այնուհետև մենք ստանում ենք գրգռված միջուկ, որը չի կարող նուկլոն արձակել: Այս վիճակն անպայման հանգեցնում է նուկլոնների հետագա գրգռման ներքին բախումներով, որոնց ժամանակ յուրաքանչյուր գրգռված մասնիկի էներգիան միջինում նվազում է, այնպես որ շատ դեպքերում նուկլեոնը չի կարող հեռանալ միջուկից։ Հետևաբար, ձեռք կբերվի շատ երկար կյանք ունեցող մի վիճակ, որը կարող է քայքայվել միայն այն դեպքում, երբ մի մասնիկ միջուկի ներսում բախումների միջոցով պատահաբար ձեռք է բերում բավարար էներգիա միջուկը լքելու համար։ Այս իրավիճակը մենք անվանում ենք բարդ միջուկի ձևավորում։ Էներգիան կարող է կորցնել նաև ճառագայթման հետևանքով, որից հետո մասնիկի արտանետումը դառնում է էներգետիկորեն անհնար. ընկած նուկլեոնը կզգա ճառագայթային գրավում:
5) Բաղադրյալ միջուկի ձևավորումը կարող է իրականացվել երկու կամ ավելի քայլերով, եթե 1) կամ 2 տիպի գործընթացից հետո պատահական նուկլոնը հարվածում է մեկ այլ նուկլեոնի իր ճանապարհին և գրգռում այն ​​այնպես, որ փախչի Միջուկը, պարզվում է, անհնար է ցանկացած նուկլեոնի համար»։

Առաջին անգամ բարդ միջուկի փուլով միջուկային ռեակցիայի առաջացման գաղափարը արտահայտել է Ն. Բորը: Համաձայն բաղադրյալ միջուկի մոդելի՝ ընկնող մասնիկը միջուկի մեկ կամ երկու նուկլոնների հետ փոխազդեցությունից հետո իր էներգիայի մեծ մասը փոխանցում է միջուկին և գրավվում է միջուկի կողմից։ Բաղադրյալ միջուկի կյանքի տևողությունը շատ ավելի երկար է, քան միջուկի միջով ընկնող մասնիկի թռիչքի ժամանակը: Միջուկ ընկնող մասնիկի կողմից միջուկ ներմուծված էներգիան վերաբաշխվում է միջուկի նուկլոնների միջև, մինչև դրա մի զգալի մասը կենտրոնանա մեկ մասնիկի վրա, այնուհետև այն դուրս թռչի միջուկից։ Երկարատև գրգռված վիճակի ձևավորումը կարող է հանգեցնել նրա տրոհման՝ դեֆորմացիայի հետևանքով։

Ն. Բոր: «Նեյտրոնների գրավման ֆենոմենը մեզ ստիպում է ենթադրել, որ արագ նեյտրոնի և ծանր միջուկի բախումը պետք է հանգեցնի հիմնականում բարդ համակարգի ձևավորմանը, որը բնութագրվում է ուշագրավ կայունությամբ: Այս միջանկյալ համակարգի հնարավոր հետագա տարրալուծումը նյութական մասնիկի արտանետմամբ կամ վերջնական վիճակի անցումը ճառագայթային էներգիայի քվանտի արտանետմամբ պետք է դիտարկել որպես անկախ պրոցեսներ, որոնք ուղղակիորեն կապ չունեն առաջին փուլի հետ: բախում. Այստեղ մենք հանդիպում ենք զգալի տարբերության, նախկինում չճանաչված իրական միջուկային ռեակցիաների՝ արագ մասնիկների սովորական բախումների և ատոմային համակարգերի, բախումների, որոնք մինչ այժմ մեզ համար եղել են ատոմի կառուցվածքի վերաբերյալ տեղեկատվության հիմնական աղբյուրը։ Իրոք, նման բախումների միջոցով առանձին ատոմային մասնիկները հաշվելու և դրանց հատկություններն ուսումնասիրելու հնարավորությունը նախևառաջ պայմանավորված է դիտարկվող համակարգերի «բացությամբ», ինչը շատ քիչ հավանական է դարձնում առանձին բաղադրիչ մասնիկների միջև էներգիայի փոխանակումը ազդեցության ժամանակ։ . Այնուամենայնիվ, միջուկում մասնիկների սերտ փաթեթավորման պատճառով մենք պետք է պատրաստ լինենք այն փաստին, որ հենց այս էներգիայի փոխանակումն է գլխավոր դերը խաղում բնորոշ միջուկային ռեակցիաներում»:

Միջուկային ռեակցիաների դասակարգում.Միջուկային ռեակցիաները ատոմային միջուկների կառուցվածքն ուսումնասիրելու արդյունավետ միջոց են։ Եթե ​​ընկնող մասնիկի ալիքի երկարությունը մեծ է միջուկի չափից, ապա նման փորձերի ժամանակ տեղեկատվություն է ստացվում ամբողջ միջուկի մասին։ Եթե ​​միջուկի չափն ավելի փոքր է, ապա ռեակցիայի խաչմերուկից տեղեկատվություն է ստացվում միջուկային նյութի խտության բաշխման, միջուկի մակերեսի կառուցվածքի, միջուկում նուկլոնների միջև հարաբերակցության և միջուկի վրա նուկլոնների բաշխման մասին։ պատյաններ.

• Միջուկների կուլոնյան գրգռումը համեմատաբար մեծ զանգվածի լիցքավորված մասնիկների (պրոտոններ, α-մասնիկներ և ածխածնի և ազոտի ծանր իոններ) ազդեցության տակ օգտագործվում է ծանր միջուկների ցածր պտտման մակարդակները ուսումնասիրելու համար։
• Ծանր միջուկների վրա ծանր իոնների հետ ռեակցիաները, որոնք հանգեցնում են բախվող միջուկների միաձուլմանը, գերծանր ատոմային միջուկներ առաջացնելու հիմնական մեթոդն են։
• Թեթև միջուկների միաձուլման ռեակցիաները համեմատաբար ցածր բախման էներգիաների դեպքում (այսպես կոչված ջերմամիջուկային ռեակցիաներ): Այս ռեակցիաները տեղի են ունենում Կուլոնյան պատնեշի միջով քվանտային մեխանիկական թունելավորման պատճառով։ Ջերմամիջուկային ռեակցիաները տեղի են ունենում աստղերի ներսում 10 7 – 10 10 Կ ջերմաստիճանում և աստղերի էներգիայի հիմնական աղբյուրն են:
• Ֆոտոմիջուկային և էլեկտրամիջուկային ռեակցիաները տեղի են ունենում γ-քվանտների միջուկների և E > 10 ՄէՎ էներգիա ունեցող էլեկտրոնների հետ բախումների ժամանակ:
• Ծանր միջուկների տրոհման ռեակցիաներ, որոնք ուղեկցվում են միջուկի խորը վերակառուցմամբ։
• Ռադիոակտիվ միջուկների ճառագայթների օգտագործմամբ ռեակցիաները բացում են պրոտոնների և նեյտրոնների քանակի անսովոր հարաբերակցությամբ միջուկներ ստանալու և ուսումնասիրելու հնարավորությունը՝ հեռու կայունության գծից։

Միջուկային ռեակցիաները սովորաբար դասակարգվում են՝ ըստ դիպված մասնիկի տեսակի և էներգիայի, թիրախային միջուկների տեսակի և ընկնող մասնիկի էներգիայի։

Դանդաղ նեյտրոններով ռեակցիաներ

«1934 Մի առավոտ Բրունո Պոնտեկորվոն և Էդուարդո Ամալդին ռադիոակտիվության որոշ մետաղներ էին փորձարկում: Այս նմուշները ձևավորվել են հավասար չափի փոքր, խոռոչ գլանների մեջ, որոնց ներսում կարելի է տեղադրել նեյտրոնային աղբյուր։ Նման մխոցը ճառագայթելու համար դրա մեջ նեյտրոնային աղբյուր են մտցրել, իսկ հետո ամեն ինչ դրել կապարի տուփի մեջ։ Այս նշանակալից առավոտ Ամալդին և Պոնտեկորվոն փորձեր կատարեցին արծաթով: Եվ հանկարծ Պոնտեկորվոն նկատեց, որ ինչ-որ տարօրինակ բան է կատարվում արծաթե գլանի հետ՝ նրա ակտիվությունը միշտ չէ, որ նույնն է եղել, այն փոխվում է կախված նրանից, թե որտեղ է այն դրված՝ կապարի տուփի մեջտեղում, թե անկյունում։ Ամբողջական տարակուսանքով Ամալդին և Պոնտեկորվոն գնացին Ֆերմիին և Ռասետտիին հայտնելու այս հրաշքի մասին։ Ֆրանկեն հակված էր այս տարօրինակությունները վերագրելու որոշ վիճակագրական սխալի կամ ոչ ճշգրիտ չափումների։ Եվ Էնրիկոն, ով կարծում էր, որ յուրաքանչյուր երևույթ ստուգում է պահանջում, առաջարկեց, որ նրանք փորձեն ճառագայթել այս արծաթե գլանը կապարի տուփից դուրս և տեսնել, թե ինչ է դուրս գալիս դրանից: Եվ հետո նրանք սկսեցին ապրել բացարձակապես անհավանական հրաշքներ: Պարզվել է, որ բալոնի մոտ գտնվող առարկաները կարող են ազդել նրա գործունեության վրա։ Եթե ​​բալոնը ճառագայթվել է փայտե սեղանի վրա կանգնած ժամանակ, ապա նրա ակտիվությունն ավելի բարձր է եղել, քան մետաղյա ափսեի վրա դնելիս։ Հիմա ամբողջ խումբը հետաքրքրվեց դրանով և բոլորը մասնակցեցին փորձերին։ Նրանք նեյտրոնային աղբյուրը դրեցին գլանից դուրս և տարբեր առարկաներ դրեցին դրա և մխոցի միջև։ Կապարի թիթեղը փոքր-ինչ բարձրացրեց ակտիվությունը: Առաջնորդել−ծանր նյութ. «Արի, եկեք փորձենք հեշտը հիմա»:−Ֆերմին առաջարկեց.−Ասենք պարաֆին»։ Հոկտեմբերի 22-ի առավոտյան պարաֆինով փորձ է արվել։
Նրանք վերցրեցին պարաֆինի մի մեծ կտոր, դրա մեջ անցք բացեցին, ներսում նեյտրոնային աղբյուր տեղադրեցին, ճառագայթեցին արծաթե գլան և բերեցին այն Գայգերի հաշվիչի մոտ: Հաշվիչը կտտացրել է այնպես, կարծես պոկվել է շղթայից։ Ամբողջ շենքը որոտաց բացականչություններով. Անպատկերացնելի՜ Սեւ մոգություն!" Պարաֆինը հարյուրապատիկ ավելացրեց արծաթի արհեստական ​​ռադիոակտիվությունը։
Կեսօրին ֆիզիկոսների խումբը դժկամությամբ ցրվեց նախաճաշի համար նախատեսված ընդմիջման համար, որը սովորաբար տևում էր երկու ժամ... Էնրիկոն օգտվեց իր մենակությունից և երբ վերադարձավ լաբորատորիա, արդեն պատրաստ ուներ տեսություն, որը բացատրում էր տարօրինակը. պարաֆինի ազդեցությունը»:

Ընդհանուր առմամբ, միջուկային փոխազդեցությունը կարող է գրվել հետևյալ ձևով.

Միջուկային ռեակցիայի ամենատարածված տեսակը լույսի մասնիկի փոխազդեցությունն է ամիջուկով X, որի արդյունքում առաջանում է մասնիկ բև առանցք Յ. Սա խորհրդանշականորեն գրված է այսպես.

Մասնիկների դերը աԵվ բառավել հաճախ կատարվում է նեյտրոնով n, պրոտոն էջ, դեյտրոն դ, α-մասնիկ եւ γ-քվանտ։

Գործընթացը (4.2) սովորաբար տեղի է ունենում երկիմաստորեն, քանի որ ռեակցիան կարող է տեղի ունենալ մի քանի մրցակցային ձևերով, այսինքն. Միջուկային ռեակցիայի արդյունքում ծնված մասնիկները (4.2) կարող են տարբեր լինել.

.

Երկրորդ փուլում միջուկային ռեակցիայի առաջացման տարբեր հնարավորությունները երբեմն կոչվում են արձագանքման ալիքներ. Ռեակցիայի սկզբնական փուլը կոչվում է մուտքային ալիք։

Վերջին երկու ռեակցիայի ուղիները վերաբերում են ոչ առաձգական ( Ա 1 + ա) և առաձգական ( Ա + ա) միջուկային ցրում. Միջուկային փոխազդեցության այս հատուկ դեպքերը տարբերվում են մյուսներից նրանով, որ ռեակցիայի արտադրանքները համընկնում են ռեակցիայի մեջ մտնող մասնիկների հետ, և առաձգական ցրման դեպքում պահպանվում է ոչ միայն միջուկի տեսակը, այլև նրա ներքին վիճակը, և ոչ առաձգական ցրման դեպքում՝ փոխվում է միջուկի ներքին վիճակը (միջուկը դառնում է գրգռված վիճակ):

Նկար 4.1. Որակական կախվածություն միջուկային քայքայման հավանականությունը՝ կախված էներգիայից։

Միջուկային ռեակցիան ուսումնասիրելիս հետաքրքիր է բացահայտել ռեակցիայի ուղիները և դրա առաջացման համեմատական ​​հավանականությունը տարբեր ալիքների միջոցով՝ ընկնող մասնիկների տարբեր էներգիաների դեպքում: Միջուկները կարող են տեղակայվել տարբեր էներգետիկ վիճակներ. Կայուն կամ ռադիոակտիվ միջուկի վիճակը, որը համապատասխանում է նվազագույն էներգիայի (զանգվածի) E 0կոչվում է գլխավորը: Քվանտային մեխանիկայից հայտնի է, որ մի վիճակի էներգիայի և կյանքի տևողության միջև կա Հայզենբերգի հարաբերություն: ΔE = ћ / Δt,

Հուզված միջուկները տարբեր տեսակի էներգիայի անցումներ են ապրում: Գրգռման էներգիան կարող է արձակվել տարբեր ուղիներով (միջուկները տեղափոխելով հիմնական վիճակ)՝ γ քվանտների արտանետում, միջուկային տրոհում և այլն։ Այդ իսկ պատճառով ներդրվում է մասնակի մակարդակի լայնության հայեցակարգը Գ i. Ռեզոնանսային մակարդակի մասնակի լայնությունը քայքայման հավանականությունն է ըստ ես- ալիք: Այնուհետև քայքայման հավանականությունը մեկ միավորի ժամանակ ω կարող է ներկայացվել որպես.

.

Մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում նաև ստացված մասնիկների էներգիան և անկյունային բաշխումը և դրանց ներքին վիճակը (գրգռման էներգիա, սպին, պարիտետ, իզոտոպային սպին):

Միջուկային ռեակցիաների մասին շատ տեղեկություններ կարելի է ստանալ՝ կիրառելով պահպանության օրենքները:

Այս բաժնի վերաբերյալ ավելի մանրամասն տեղեկություններ կարելի է գտնել: