Ядролық реакциялар механизмдері. Бор механизмі. Брейт-Вигнер формуласы.

Ядролық реакциялар кезінде ядроның ішінде күрделі құрылымдық өзгерістер өтеді. Ядроның құрылымын бейнелегендегі сияқты ядролық реакциялар туралы есепті дәл шешу мүмкін емес дерлік. Сондықтан, ядроның құрылымын сипаттағанда әртүрлі моделдерді қолданған сияқты, ядролық реакцияларды сипаттау үшін әртүрлі механизмдер қолданады.

Ядролық реакциялардың әртүрлі механизмдері ұсынылған. Біз олардың бастыларын қарастырамыз.

1936-жылы Нильс Бор ядролық реакцияның құрама ядролық механизмін ұсынды. Ол бойынша ядролық реакция екі кезеңмен өтеді. Бірінші кезенде тиетін бөлшек пен нысана ядро құрама ядро құрады. Екінші кезеңде құрама ядро ыдырайды:

. (18.1)

Әрине, бұл механизмді қолдану үшін құрама ядроның өмірі жеткілікті ұзақ, ядролық әсерлесуге тән уақытқа қарағанда мәңгі дерлік болуы керек.

Құрама ядро арқылы өтетін реакциялардың екі түрі болады: резонанстық және резонанстық емес.

Бұл механизм бойынша ядролық реакция екі сатыдан тұрады. Бірінші (жылдам) сатыда бөлшек ядроға өтіп, ядро оны қарпиды. Осының нәтижесінде қозу энергиясы

≈ (18.2)

құрама жүйе (аралық, құрама, компаунд ядро) пайда болады.

Күшті әсерлесу салдарынан қозу энергиясы барлық нуклондарға тез бөлініп таралып кетеді. Сондықтан, әр нуклонның энергиясы оның ядродан атылып шығуына жеткіліксіз болады. Бұл жағдай қайтадан бір нуклонның (немесе басқа бөлшектің) энергиясы ядроны тастап ұшып шығуға жеткілікті болғанша, ұзақ уақытқа созылады.

Ядроның қозуының солуының тағы бір әдісі гамма-нұрлану да 10^-13-10^-14 с уақытта өтеді. Бұл уақыттар ядролық 10^-21с уақыттан көп үлкен. Осыдан, аралық ядроның өмірі сонша ұзақ, ол өзінің қалай пайда болғанын „ұмытып“ қалады. Сондықтан, оның қасиеттері (энергиясы, моменті мен жұптылығы) оның қалай пайда болғанына (реакцияның түріне) тәуелсіз болады.

Жеткілікті ұзақ t (аралық ядроның өмірінің ұзақтығы) уақыт өткеннен кейін реакцияның екінші сатысы аралық ядроның ыдырауы өтеді. Оның ыдырау ықтималдылығы . Ядроның ыдырау жолдары әртүрлі болуы мүмкін: g-нұрлану, протондық, нейтрондық ыдырау және т.б. Осыдан ыдырау ықтималдылығын үлестік ықтималдылықтардың

(18.3)

қосындысы түрінде жазады. Үлестік ықтималдылық ыдыраудың берілген бір жолын сипаттайды.

Ядроның берілген арна арқылы ыдырауының салыстырмалы ықтималдылығы

(18.4)

мұнда Г_і -аралық ядроның деңгейінің і-ыдырауға үлестік ені.

Бор механизмі бойынша ядролық реакцияның екі сатысы өзара тәуелсіз өтеді. Сондықтан,

реакциясының қимасын

(18.5)

түрінде жазуға болады. Г_а/Г -ядроның кірістік арнамен ыдырауының салыстырмалы ықтималдылығы. Шығыстық арналардың үлестік ендері, демек, ыдыраудың толық ені де, кірістік арнаның қандай екеніне тәуелсіз. Осыдан дәл сондай аралық ядро арқылы өтетін, тек басқа кірістік арналы

(18.6)

реакцияның қимасы

(18.7)

сияқты қатынастарды құрама ядро механизмінің қағидаларының дұрыстығын тексеруге қолдануға болады. Мысал үшін ядролары мен ядроларын сәйкес протондармен және альфа-бөлшектермен атқылау тәжірибелерінің нәтижелерін қарастыруға болады. Екі жағдайда да аралық ядро ядросы. Бөлшектердің энергиялары екі жағдай үшін аралық ядроның қозу энергиясы бірдей болатындай етіп алынған.

Мынадай реакциялардың қималары өлшенген:

Егер құрама ядро механизмі іске асса, бұл реакциялардың қималарының ара қатынастары теңдігімен анықталуы керек.

Құрама ядро механизмінің тағы бір ерекшілігі – аралық ядро арқылы өтетін реакцияның өнімдерінің бұрыштық таралуының и.ц.ж-де q =90° бұрышқа қатысты симметриялы болатындығы. 2.6-суретте көрсетілген ядросындағы реакциясын E_g=25 MэB үшін бұрыштық таралуының максимумы q=60° бұрышқа сәйкес келеді, демек айтарлықтай алға тартылған. Бұдан бұл реакцияның, ең болмаса ішінара, құрама ядро арқылы өтпейтіні көрінеді.

Түсетін бөлшектердің энергиясының төменгі мәндеріне аралық ядроның спектрінің дискретті, яғни деңгейлердің табиғи Г енінің олардың Δ ара қашықтығынан кіші болатын бөлігі сәйкес келеді. Бұл жағдайда А ядро а бөлшекті жұтып, аралық 0 ядроға, тиетін бөлшектің кинетикалық энергиясының белгілі бір мәндері кезінде ғана жеткілікті қарқынмен өтеді. Мұндай реакциялар резонанстық деп аталады. Егжей-тегжейлі тепе-тендік принципін пайдаланып есептеулер мұндай жағдайларда аралық ядроның пайда болу қимасының

(18.8)

мәнін береді.

Мұндағы Т = Е -e_а – тиетін бөлшектердің кинетикалы энергиясы. e_а - тиетін бөлшектің аралық ядродағы байланыс энергиясы, Е-аралық ядроның қозу энергиясы, - бөлшектің де Бройль толқын ұзындығы.

(2.61) мен b арнамен ыдырау ықтималдылығын (2.58)-ге қойсақ, реакциясының қимасын табамыз:

(2.62)

Бұл өрнек Брейт-Вигнер формуласы деп аталады. Брейт-Вигнер формуласындағы көбейтісінің мәні бірге жуық.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: