74. Ядерные превращения.

Пионы принадлежат к классу частиц, называемых мезонами, т.е. частиц с целым спином, состоящих из кварков и имеющих целый спин и не имеющих барионного заряда. Мезоны состоят из кварка и антикварка. На сегодняшний день известны только связанные состояния одной кварк-антикварковой пары — и представителями таких состояний являются три пи-мезона  . Обычно эти три частицы объединяют в триплет, поскольку по отношению к сильному взаимодействию они ведут себя одинаково. Различаются только свойства этих частиц по отношению к слабому и электромагнитному взаимодействию, что объясняет небольшую разницу в массах пионов: . Таким образом, пионы примерно в семь раз легче нуклонов (протона и нейтрона). Заряженные пионы являются античастицами друг по отношению к другу, а нейтральный пион тождественен своей античастице. Спи любого пиона равен 0. Пион был еще одной частицей, существование которой было предсказано до ее открытия. Существование таких частиц следовало из теории ядерных сил японского физика-теоретика Хидеки Юкавы (1907–1981), которую он предложил в 1935 году. В этой теории предполагалось, что сильное ядерное взаимодействие (которое, например, сцепляет нуклоны внутри ядра) обусловлено обменом некоторыми частицами, которые Юкава назвал мезотронами (впоследствии они были названы мезонами). Диаграммы, описывающие взаимодействие протона и нейтронав теории Юкавы, изображены ниже. Рис.1 Если нейтрон и протон обмениваются нейтральным пионом, они при ‘том не изменяются. Нейтрон испускает отрицательный пион и прекращается в протон. Протон испускает положительный пион, превращаясь в нейтрон. Два протона (как и два нейтрона) могут взаимодействовать только через нейтральный пион (третья диаграмма), т.к. его испускание не влечет за собой изменения электрического заряда.

75. Ядерные реакции, классификации.

1) По роду вызывающих их частиц.

2) По энергии вызывающих их частиц.

3) По роду участвующих в них ядер.

4) По характеру происходящих ядерных превращений.

Превращение ядер возможно при облучении их активными частицами. Ядерные реакции могут проходить как с выделением, так и с поглощением энергии. Реакции с альфа частицами:

Чтобы произошла реакция ядра гелия должны обладать большой кинетической энергией, т.к. все ядра заряжены положительно. Летит к ядру и получается действие кулоновской силы (не пробилась так близко к ядру чтобы получить ядерные силы), тогда улетит обратно из-за Кулоновского барьера. Для осуществления ядерных реакций нужны огромные температуры.

Реакции с нейтронами. Такие реакции осуществить проще – нет кулоновского барьера. При взаимодействии ядра с нейтроном могут происходить следующие процессы:

1) реакции радиационного захвата нейтрона протекает по схеме:

. Образующиеся в таких реакциях ядра обычно бета-радиоактивны:

2) реакции (n,a) с образованием альфа-частиц:

Применяется для регистрации тепловых нейтронов в борных счетчиках.

3) Реакции с образованием протонов (n,p):

Применяется для регистрации нейтронов в счетчиках наполненных .

4) реакции деления тяжелых ядер (U, Th, Pu и др.) нейтронами:

Образуется два новых ядра и несколько нейтронов.

5) реакции рассеяния. Упругое рассеяние является основным процессом замедления нейтронов при распространении нейтронов в веществе и играет исключительную роль в ядерных реакторах. Неупругое рассеяние – после столкновения с нейтроном, образуется составное ядро, но из него почти мгновенно вылетают нейтрон, и гамма квант. В этом случае кинетическая энергия нейтрона уменьшается на величину энергии гамма кванта и энергии полученной ядром. Нейтрон замедляется.

Под действием нейтронов могут происходить интересные реакции. Реакция деления ядра:

Все эти ядра очень сильно перенасыщены нейтронами, и они продолжают распадаться дальше. На один первичный нейтрон приходится два с половиной новых нейтронов. Таким образом, продукты реакции вызывают ту же реакцию. Происходит цепная реакция.

- выделяется при делении одного грамма. Это в 3 млн. раз больше чем при сгорании одного грамма угля.