原子核反应

如题所述

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推荐答案 2020-01-14

我们知道，核衰变是不稳定的原子核自发产生的转变，转变后的原子核成为稳定的原子核。此外，稳定的原子核也能转变成不稳定的原子核，不过这种转变不能自发产生，只能通过原子核反应才能实现。

11.7.1 核反应及其分类

原子核与原子核，或者原子核与其他粒子（中子、γ光子等）之间的相互作用所引起的各种变化称为核反应。核反应式一般可表示为

勘查技术工程学

式中A表示靶核；a表示入射粒子；B表示剩余核；b表示出射粒子（可以有多个）。上述反应过程也可简成A（a，b）B。如果只考虑入射粒子和出射粒子，这一反应也常称为（a，b）过程。

例如，用30 MeV的α粒子（即）轰击⁶⁰Ni，其反应为

勘查技术工程学

可简写为⁶⁰Ni（α，pn）⁶²Cu。

核反应释放的能量，称为反应能，用符号Q表示。如果将反应能考虑进去，则（11.7-1）式可写成

勘查技术工程学

Q>0，为放能反应；Q<0，为吸能反应；Q=0，为弹性散射。

目前已知的核反应有1 500多种，我们可以从不同的角度对它们进行分类：

1）按出射粒子的异同，可分为：

a.核散射。是出射粒子与入射粒子相同的核反应，又可分为弹性散射和非弹性散射两类。

弹性散射是指散射前后体系的总动能相等，原子核内部能量不发生变化的核散射，可表示为A（a，a）A。例如，质子被碳核散射后，碳核仍处于基态，核反应为¹²C（p，p）¹²C。

非弹性散射是指散射前后体系的总动能不相等，而原子核内部能量发生了变化的核散射。最常见的反应为A（a，a′）A^*，出射粒子a′比入射粒子a的能量低，剩余核A^*处于激发态。例如质子被碳核散射后，碳核处于激发态，反应为¹²C（p，p′）¹²C^*。又如在银核上发生的γ射线非弹性散射，反应式为¹⁰⁷Ag（γ，γ′）¹⁰⁷Ag^m，生成半衰期为44s的同质异能素¹⁰⁷Ag^m。b.核转变。是出射粒子与入射粒子不同的核反应，可表示为A（a，b）B。

2）按入射粒子的种类，可分为：

a.中子核反应。按能量的不同，中子可分为慢中子（能量为0～1 keV）、中能中子（能量为1～100 keV）、快中子（能量为0.1～10 MeV）、特快中子（为10～50 MeV）四类。中子引起的核反应除弹性散射（n，n）、非弹性散射（n，n′）、辐射俘获（n，γ）以外，中能中子的（n，n′）反应、快中子的（n，p）、（n，α）、（n，n′）反应，14 MeV特快中子的（n，2n）、（n，p）、（n，α）反应等，还能使稳定的原子核转变成放射性原子核，称为原子核的活化。活化核按一定的半衰期衰变，并放出β射线和γ射线。

b.带电粒子核反应。包括质子引起的核反应，如（p，p）、（p，n）、（p，α）等；氘核引起的核反应，如（d，p）、（d，α）等（d 表示氘核）；α粒子引起的核反应，如（α，n）、（α，p）等；以及重离子（其质量大于α粒子质量）引起的核反应，如（¹²C，4n）、（¹⁶O，α3n）等。

c.光核反应。即能量较大的γ光子引起的核反应，如（γ，n）、（γ，p）等。

此外，电子也能引起核反应，其特点与光核反应类似。

3）按入射粒子能量的不同，可分为：

a.低能核反应。入射粒子动能E<50 MeV，产生的出射粒子可多达3～4个。

b.中能核反应。50 MeV100 MeV时，还可以产生介子。

c.高能核反应。E>1000 MeV，除产生介子外，还可以产生其他基本粒子或形成奇特核。

11.7.2 核反应截面和核反应产额

当一定能量的入射粒子轰击靶核时，可能发生各种类型的反应。每种反应都有一定的几率，反应几率的大小可用反应截面σ表示，即

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所以反应截面σ是表示一个粒子同单位面积靶上一个靶核发生核反应的几率。从几何意义上讲，反应截面相当于在单位面积上只含有一个核的靶体上存在着一个有效面积σ，入射粒子只要与它相碰，就会发生反应。

σ的单位是10^-28m²（过去曾用b表示，称为“靶”），它具有面积的量纲。