Informácie

Hľadanie

Základné charakteristiky a klasifikácia jadrových reakciíZákladné charakteristiky a klasifikácia jadrových reakcií

Deje, ktoré nastanú pri zrážkach jadier atómov so základnými časticami alebo s inými atómovými jadrami sa nazývajú jadrové reakcie. Pri takýchto reakciách sa mení štruktúra jadier a platia zákony zachovania počtu nukleónov, elektrického náboja, hybnosti a relativistickej celkovej energie. Všeobecné vyjadrenie jadrovej reakcie je:

(14.3.1.1)


kde A je ľubovoľné terčové jadro, a – častica, ktorá s ním interaguje, B – vzniknuté jadro, b – emitovaná častica, Q – energia reakcie.

Príklad 14.3.1.1 Aká energia v MeV sa uvoľní pri jadrovej reakcii, kde terčové jadro je izotop 7Li, ostreľujúcou časticou je protón a po reakcii vznikajú dve jadrá hélia 4He.

Atómové hmotnosti sú: mLi = 7,01600 u, mHe = 4,00260 u, hmotnosť protónu mp = 1,00783 u.

Riešenie  Rozdiel hmotností elementov pred a po reakcii je Dm = ( mLi + mp – 2mHe ) u, a uvoľnená energia:

Účinný prierez jadrovej reakcie s [m2] je podiel pravdepodobnosti P, že pre daný terčík nastane určitá interakcia, vyvolaná dopadom častíc určitého druhu a energie – a fluencie týchto častíc F.

Fluencia častíc F [m-2] je rovná počtu častíc dopadajúcich do malej gule v danom bode priestoru, deleného plošným obsahom hlavného rezu tejto gule (obr.14.3.1.1).

Pri interakcii častice a s jadrom A môžu všeobecne nastať rôzne procesy, preto potom zvlášť definujeme napr. účinný prierez pre záchyt, účinný prierez pre pružný rozptyl, účinný prierez pre štiepenie, atď. Celkový účinný prierez stot je potom súčet všetkých účinných prierezov zodpovedajúcich rôznym reakciám alebo procesom medzi dopadajúcimi časticami daného typu a energie – a jadrom terča.

Zo zväzku ostreľovacích častíc N ubudne dN častíc v dôsledku interakcie s terčom:

kde dN* = n S dx je počet terčových častíc, n ich koncentrácia v objeme S dx. Separujme premenné a integrujme:

Riešením dostaneme exponenciálny úbytok pôvodných ostreľujúcich častíc v terčíku so vzdialenosťou:

(14.3.1.2)

kde a = n s [m-1] je lineárny koeficient zoslabenia.

Zavedením hmotnostného koeficientu zoslabenia m [kg-1×m2] dostaneme tento absorpčný zákon v tvare:

(14.3.1.3)

kde r je hustota absorbujúceho prostredia, r d – je plošná hustota vrstvy materiálu.

V súčasnosti poznáme viac ako 1500 rôznych izotopov a pre každý z nich existujú viaceré jadrové reakcie, v ktorých môžu vystupovať ako terče, alebo prostredníctvom iných reakcií vznikať. Je známych viac ako 10 000 rôznych jadrových reakcií, ktoré môžeme klasifikovať podľa rôznych kritérií, napr.:

a) podľa energie ostreľujúcich častíc nastávajú reakcie pri nízkych energiách týchto častíc (< 10 eV), stredných (< 10 MeV) a vysokých (> 10 MeV);

b) podľa druhu ostreľujúcich častíc môžu reakcie prebiehať s nenabitými časticami (neutróny, fotóny) alebo s nabitými časticami (elektróny, protóny, deuteróny, ióny ľahkých prvkov);

c) podľa druhu terčových jadier – delíme reakcie na ľahkých jadrách (A< 50), na stredných jadrách (50 < A <100) a reakcie na ťažkých jadrách (A >100);

d) podľa energie reakcie delíme jadrové reakcie na endoenergetické (Q < 0) kedy sa energia na vznik reakcie spotrebuje, a reakcie exoenergetické (Q >0) kedy sa energia pri reakcii uvoľňuje;

e) podľa charakteru jadrových premien poznáme napr. reakcie – radiačný záchyt, vzbudenie jadier, delenie jadier, jadrový fotoefekt, jadrová syntéza, rozptyl a pod.;

f) podľa mechanizmu, akým prebiehajú reakcie ich delíme na priame a nepriame.