3. Реакции под действием протонов

При бомбардировке ядер протонами могут идти реакции типа (р,), (р,n),(р,).

Реакции типа (р,) бывают обычно экзоэнергетическими. В соответствии энергетической диаграммой ядерной реакции, изображенной на рис. 4.4.1а, энергия реакции Q = ε_a -  ε_b. Так как ε_р ≈ 8 МэВ, а энергия связи α-частицы ε_α в ядре изменяется, согласно таблицы 4.6.1, от 8 до –5 МэВ, то Q > 0.

Однако вылету α-частицы из ядра препятствует кулоновский барьер и вероятность вылета из тяжелых ядер не может быть большой, так как для сообщения α-частице большой кинетической энергии возбужденное составное ядро должно переходить на нижние, редко расположенные энергетические уровни, а вероятность таких переходов мала.

Для легких ядер, у которых кулоновский барьер невелик и составляет несколько МэВ, проблем с вылетомα-частиц нет. Например, реакции на легких ядрах

	(4.6.10)
	(4.6.11)

были одними из первых, полученных на ускорителях протонов Кокрофтом и Уолтоном в 1932г.

Реакции типа (р,n)являются всегда эндоэнергетическими с энергией реакцииQменьше, чем-0,8 МэВ. По определению

.

(4.6.12)

Но

(4.6.13)

а

,

(4.6.14)

иначе ядро Абудет переходить в ядроВпутем β-распада. Подставив неравенства (4.6.13) и (4.6.14) в (4.6.12), получим следующий результат

Q < - 0,8МэВ.

(4.6.15)

Например, реакция

(4.6.16)

имеет Q =-2,76МэВ.

Ввиду того, что в результате реакции (р,n) дочернее ядро приобретает добавочный протон, оно, как правило испытывает β⁺-распад илиЕ‑захват. Ядро, возникающее в реакции (4.6.15), не является исключением.

Реакции (p, n)часто используют для получения монохроматических нейтронов (см. §4.9).

4. Реакции под действием дейтонов

Реакции под действием дейтонов обладают рядом особенностей. Дейтон может взаимодействовать с ядрами не только с образованием составного ядра, но и путем прямого взаимодействия.

Если дейтон образует с ядром-мишенью составное ядро, то энергия возбуждения составного ядра оказывается примерно равной 14 МэВиз-за большого различия в величинах удельной энергии связи для дейтона и большинства ядер.

Энергия связи составного ядра при захвате дейтона

ΔWc(A+2, Z+1)=.

(4.6.17)

Энергия связи дейтона относительно составного ядра

.

(4.6.18)

Выразив массы через энергии связи по формуле (1.4.11),получим

.

(4.6.19)

Поскольку для большинства ядер W  8А МэВ, то

S_d ≈ 8A – 8(A-2) – 2,2  14 МэВ.

Таким образом, энергия возбуждения составного ядра, даже без учета кинетической энергии дейтона, значительно превышает не только среднее значение связи нуклона в ядре, но и энергию связи α-частицы (см. таблицу 4.6.1). Поэтому все реакции (d,p), (d,n), (d, α), если они идут через составное ядро, являются экзоэнергетическими и протекают с относительно большими вероятностями.

Наибольшим выходом при относительно небольшой энергии дейтонов обладают реакции

и

d+t4Не+n,Q= 17,6МэВ.

(4.6.21)

Такая большая величина энергии реакции (4.6.21) объясняется большой удельной энергией связи образующегося ядра ⁴Не. Эта реакция при наименьшей высоте кулоновского барьера для заряженных частиц имеет наибольший выход.

Сечения верхнего канала реакции (4.6.20) и сечение реакции (4.6.21) показаны на рисунках 4.6.3и 4.6.4.Из рисунков видно, что полное сечение реакции (4.6.20) достигает максимума в 100мбарнпри энергии 2МэВ. Особенно велико сечение взаимодействия дейтона с тритоном (ядром трития), оно равно 5барнпри энергии дейтона всего 0,11MэB.

Реакции (d,p) и (d,n) могут идти без образования составного ядра. Это обусловлено тем, что энергия связи дейтона составляетW_d ≈ 2,2МэВ, т.е. около 1МэВ/нуклон, что много меньше 8МэВ/нуклон– средней энергии связи нуклона в большинстве ядер. Поэтому среднее расстояние между протоном и нейтроном в ядре дейтона относительно велико и составляет ~ 4·10^-13см. Для сравнения среднее расстояние между нуклонами в большинстве ядер не превышает 2·10^-13см(см. (2.2.3)).

Взаимодействие дейтона с ядром может закончиться поглощением одного из нуклонов, тогда как второй останется за пределами ядра и продолжит свое движение преимущественно в направлении первоначального движения. При этом тяжелые ядра, у которых большой кулоновский барьер, будут захватывать преимущественно нейтроны, так как в результате электростатического отталкивания дейтон будет ориентироваться своим протоном от ядра. В результате на средних и тяжелых ядрах выход реакции (d,p) в несколько раз превышает выход реакции (d,n), что противоречит механизму составного ядра. При распаде составного ядра испускание протона всегда затруднено кулоновским барьером и предпочтительным является, наоборот, вылет нейтрона.