Fizyka jądra i cząstek elementarnych I

Reakcje jądrowe
Reakcja jądrowa
– proces wynikający z oddziaływania miedzy
dwoma cząstkami, obiektami mikroświata,
z których jeden jest jądrem atomowym.
Reakcja jądrowa zachodzi zazwyczaj
w wyniku ostrzeliwania tarczy pociskami.
Tarcza - zwykle zespół jąder atomowych.
Pocisk - cząstka inicjująca reakcję jądrową.
Kanał wejściowy
- stan początkowy
(pocisk a i tarcza A)
Kanały wyjściowe
- stany końcowe
a +A
a +A

a + A*
b+B
C1 + C2 + ... + Cn
Zapis dla reakcji dwuciałowej
A(a,b)B
Podział reakcji jądrowych ze względu na rodzaj pocisku.
Reakcje jądrowe inicjowane przez:
a) neutrony
b) cząstki naładowane
c) fotony (fotoreakcje)
Podział reakcji jądrowych ze względu na energię pocisku.
a) niska
< ok. 20 MeV
b) średnia
kilkadziesiąt – kilkaset MeV (, )
c) wysoka
kilkaset MeV – kilka GeV (mezony K)
d) ultra wysoka
kilkadziesiąt – kilka tysiecy GeV
Podział reakcji jądrowych ze względu na liczbę stanów końcowych
(kanałów wyjściowych).
a) jednokanałowe
b) wielokanałowe
np. H  H 
2
1
2
1
3
2
3
1
He  n
Hp
Podział reakcji jądrowych ze względu na liczbę obiektów w stanie końcowym
(kanale wyjściowym).
a) dwuciałowe, n=2
b) wielociałowe, n>2
zapis: A(a,b)B
a,b – istotne elementy reakcji
Podział reakcji jądrowych ze względu na ich przebieg a w tym czas reakcji.
a) wprost
– przekaz energii pojedynczemu nukleonowi, t = 10-22s – 10-21s
b) z utworzeniem jądra złożonego
– przekaz energii wszystkim nukleonom, t = 10-17s – 10-16s
Podział reakcji jądrowych ze względu na bilans energii.
Energia (ciepło) reakcji jądrowej:
Qc
2
2
m
i 1
0 Si
c
k
2
m
i 1
0 Pi
a) egzoenergetyczne, Q > 0
– dla pocisku dodatnio naładowanego zachodzą wówczas gdy energia
kinetyczna pocisku przekracza energię potrzebną do jego zbliżenia
do tarczy na odległość femtometrową.
b) endoenergetyczne, Q < 0
– zachodzą wówczas gdy energia kinetyczna pocisku jest większa od -Q
Energia progowa pocisku dla reakcji endoenergetycznej.
k
Tpr  Q
m  m
i 1
i
a
2M A
MA
k
(ma c 2  M Ac 2  Tpr ) 2  pa2 c 2  ( mi c 2 ) 2
i 1
pa2 c 2  Tpr2  2Tpr ma c 2
k
(m a  M A ) c  2(m a  M A )T pr c  T  T  2T pr ma c  (  m i )2 c 4
2
4
2
2
pr
2
pr
2
i 1
k
(ma  M A ) 2 c 4  2M AT pr c 2  ( mi ) 2 c 4
i 1
k
T pr 
(  mi )2 c 4  (m a  M A )2 c 4
i 1
2M Ac 2
k
T pr 
T pr 
(  mi ) 2 c 4  ( m a  M A ) 2 c 4
i 1
2M A c 2
k
k
i 1
i 1
[ mi  (ma  M A )][  mi  (ma  M A )]c 2
2M A
k
[ mi  (ma  M A )]c 2  Q
i 1
k
T pr  Q
m
i 1
i
 (ma  M A )
2M A