Тема 24. Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов.

Альфа-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2. При этом испускается α-частица – ядро атома гелия .

При бета-распаде из ядра вылетает электрон, который возникает при β-распаде в результате превращения нейтрона в протон. Этот процесс может происходить не только внутри ядра, но и со свободными нейтронами:     ,

где n -нейтрон, p -протон, e -электрон, -электронное нейтрино.

При Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием одного или нескольких γ-квантов, энергия которых может достигать нескольких МэВ.

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т. е. числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц.

Пример 24.1.Для α-распада несправедливым является утверждение, что …

Rвылетающие из ядра α-частицы могут иметь любую энергию E < E_{α max};

£распад идет с выделением энергии;

£α-распаду подвержены тяжелые ядра с массовыми числами A > 200 и зарядовыми числами Z > 82;

£уравнение α-распада имеет вид: , где P – «родительское» ядро, D– «дочернее» ядро

Решение: α-распадом называется испускание ядрами некоторых химических элементов α-частиц, представляющих собой ядра атомов гелия. Уравнение α-распада имеет вид: , где P –ядро, подверженное распаду, или «родительское» ядро, D – ядро, образующееся в результате распада, или «дочернее» ядро. α-распад является свойством тяжелых ядер с массовыми числами A > 200 и зарядовыми числами Z > 82. Исследования показали, что у каждого α-излучающего ядра имеется несколько групп «моноэнергетических» α-частиц, что свидетельствует о дискретности энергетического спектра ядер.

Пример 24.2.Произошло столкновение α -частицы с ядром бериллия . В результате образовался нейтрон и изотоп …

R              £              £              £

Решение: Используя закон сохранения массового и зарядового числа, можно записать данную ядерную реакцию: Следовательно, неизвестным изотопом с массовым числом 12 и зарядовым числом 6 является углерод .

Пример 24.5.Из радиоактивного тория в результате четырех α-распадов и двух β–-распадов образуется …

R £ £ £

Решение: При радиоактивном распаде выполняются законы сохранения массового числа и зарядового числа. При α-распаде одним из продуктов распада является α-частица, – это ядро атома гелия с массовым числом 4 и зарядовым числом +2. β–-частица – это электрон с массовым числом 0 и зарядовым числом –1. Таким образом в результате четырех α-распадов и двух β–распадов массовое число уменьшится на 16, а зарядовое число – на 6. . Это изотоп полония .