4.3. Ядерные реакции

Ядерной реакцией называется процесс вида:

a +  + b,

где а – начальная (налетающая) частица, – начальное ядро (ядро мишени), – конечное ядро, b – конечная (вылетающая) частица. Выполнимость ядерной реакции обусловливается законами сохранения: зарядов (электрического, лептонного, барионного и др.), массового числа (число протонов и нейтронов сохраняется), энергии и т. д.

Ядерные реакции сопровождаются перестройкой ядра, то есть могут происходить только при сближении вступающих в реакцию частиц до расстояния, меньшего радиуса ядерного взаимодействия r₀  10^-15 м.

Реакция, идущая с поглощением энергии Е, записывается в виде:

a + + Е  + b.

Реакция, идущая с выделением энергии Е, записывается в виде:

a +  + b + Е.

Из закона сохранения энергии, считая, что она выделяется или поглощается в виде теплоты Q, получаем M(Z, A) = M(Z₁, A₁) + M(Z₂, A₂) – или

Q = 931,5(M_i - M_k) МэВ,

где M_i – сумма масс частиц до реакции, M_k – сумма масс частиц после реакции в единицах а.е.м. Множитель перед скобкой характеризует энергию покоя частицы в МэВ, масса которой равна 1 а.е.м. Если Q  0, то реакция идет с выделением тепла, а если Q  0 – то с поглощением.

Ядерная реакция деления тяжелого ядра, возбужденного при захвате нейтрона, заключается в разделе исходного ядра на две приблизительно равные части, называемые продуктами деления, сопровождаемом испусканием нейтрона деления. При облучении, например, урана нейтронами образуются элементы середины периодической таблицы элементов. В одном акте деления выделяется энергия до 200 МэВ, продукты деления радиоактивны и на один нуклон выделяется энергия, примерно равная 1 МэВ. Основную долю энергии при ядерной реакции несут осколки.

Цепная реакция – процесс, в котором определенная реакция вызывает последующие реакции того же типа.

Критическая масса – минимальное количество вещества, необходимое для осуществления цепной реакции. Ядерный реактор устройство, в котором осуществляются управляемые реакции деления ядер. Коэффициент размножения k - отношение числа образовавшихся в одном акте деления нейтронов к числу нейтронов в предыдущем акте деления ядер. Если k = 1, то реактор работает с постоянной мощностью, при k  1 – цепная реакция затухает, а при k  1 – мощность реактора возрастает по экспоненциальному закону.

Термоядерная реакция – реакция слияния легких ядер, осуществляемая при очень высокой температуре (10⁷  10⁹ К), так как требуется преодоление взаимного отталкивания протонов ядер:

+  + , Q = 17,6 МэВ.

Как нетрудно заметить, при синтезе на один нуклон выделяется энергия приблизительно 3, 5 МэВ. В ядерной реакции деления на один нуклон выделяется 1 МэВ. Поэтому с энергетической точки зрения термоядерная реакция эффективнее.

5 ГЛАВА
	ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
		5.1. КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
		5.2. КЛАССЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
		5.3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Одной из основных целей современной физики является единое описание окружающего нас мира. Сегодня микромир парадоксальным образом встретился с макромиром. Успехи физики микромира и понимание того, из чего состоит материя и почему она стабильна, открывают новые горизонты.

Элементарным частицам на современном уровне развития физики нельзя приписать такой внутренней структуры, которая была бы простым соединением других частиц. Выделяют элементарные частицы, из которых состоит вещество (они являются фермионами, имеют полуцелое значение спина, подчиняются принципу Паули) и элементарные частицы, являющиеся квантами поля (они представляют собою бозоны, имеют целый спин, не подчиняются принципу Паули). Согласно современным представлениям вещество состоит из кварков и лептонов, описываемых фермионными квантовыми полями. Четыре известных фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) описываются бозонными квантовыми полями. Все процессы в мире элементарных частиц сводятся к взаимодействиям между фундаментальными фермионами (шесть лептонов и шесть кварков), осуществляемым путем обмена несколькими фундаментальными векторными бозонами (фотоном, глюонами, тремя промежуточными бозонами) - виртуальными переносчиками взаимодействия. Всеми этими процессами управляют законы сохранения.

Цель главы – изучить понятие об элементарных частицах, их классификацию, основные характеристики и свойства, виды взаимодействий и их особенности