Виды ядерных взаимодействий. Сечения реакций

Ядерной реакцией принято называть процесс и результат взаимодействия ядер с различными ядерными частицами (альфа-, бета-частицами, протонами, нейтронами, гамма-квантами и т.д.).

Для понимания физических процессов получения ядерной энергии наиболее важен класс нейтронных ядерных реакций, то есть реакций, инициируемых нейтронами.

Нейтронные реакции - это процесс и результат взаимодействия свободных нейтронов с атомными ядрами.

Нейтроны, входящие в состав атомных ядер,называют связанными, в отличие от нейтронов, перемещающихся в объёме среды вне ядер атомов, которые называют свободными. Именно они, эти свободные нейтроны, сталкиваясь в процессе своего пространственного перемещения с ядрами атомов среды и взаимодействуя с последними, вызывают различного рода нейтронные реакции.

Лёгкая осуществимость подавляющего большинства нейтронных реакций обусловлена электронейтральностью нейтронов, благодаря которой (в отличие от частиц с электрическим зарядом) они имеют возможность легко преодолевать энергетический барьер электростатического поля заряженного ядра, попадать в сферу действия его ядерного притяжения и взаимодействовать с нуклонами ядра, вызывая его кардинальную перестройку. Это и составляет суть нейтронных ядерных реакций.

Для оценки вероятности определенного взаимодействия нейтрона с ядром какого-либо элемента (канал реакции) вводится величина, называемая микроскопическим сечением взаимодействия(если точнее – это эффективное микроскопическое сечение реакции, оно относится к одному ядру вещества).

Термин «сечение» возник потому, что вероятность протекания любой ядерной реакции пропорциональна эффективной площади, которую занимает ядро данного материала на пути летящего нейтрона. Сечение ядерной реакции измеряется в барнах (1 б = 10^-24 см² ).

Сечение реакции для каждого типа ядра и вида взаимодействия свое и обозначается s_х, где х=а, s, f, in.

Ядерные взаимодействия можно разделить на два основных вида – поглощение и рассеяние [1].

Поглощение включает все те взаимодействия нейтрона с ядром, результатом которых не являются первоначальное ядро и нейтрон. К поглощению, очевидно, относятся следующие процессы:

- захват нейтрона – поглощение нейтрона без деления, например, радиационный захват (n, g), реакции с образованием заряженных частиц (n, a), (n, r) и т.д. (s_а );

- деление (s_f ).

К рассеянию относятся все те взаимодействия нейтрона с ядром, в результате которых образуются нейтрон и ядро, отличающиеся от первоначального только энергией (кинетической или внутренней). Рассеяние бывает двух видов:

- упругое рассеяние (s_s ) – в результате реакции образуется нейтрон и ядро отдачи с той же внутренней энергией, что и в начальный момент;

- неупругое рассеяние (s_in ) – в результате реакции образуется нейтрон и ядро отдачи с более высокой внутренней энергией.