Link: OLE-Object-Data
6. Jaderné reakce
Jadernou reakcí se rozumí binukleární proces přeměny jádra.
Platí:
˙ zákony zachování nábojového, nukleonového, protonového čísla
˙ energie
˙ hybnosti
Zkrácený zápis jaderných reakcí umožňuje snadné členění reakcí na reakce typu: (a,p);
(a,n); (n,g); (d,p) aj.
A) Energetika jaderných reakcí
exoergické (energie se uvolňuje, samovolné rozpady)
Reakce
endoergické (energie se musí dodat --zpravidla ve formě kinetické energie jaderného
projektilu)
Rozhodující je porovnání klidových hmotností částic před reakcí a po ní:
Q = -931,5 Dm (v MeV)
(energie 931,5 MeV je ekvivalentní hmotnostní jednotce)
Reakce proběhne, jestliže má projektil tzv. prahovou energii --
(její velikost lze odvodit ze zákona zachování hybnosti)
˙ výtěžek jaderné reakce při prahové energii projektilu je malý
˙ prakticky se reakce provádí s jaderným projektilem o vyšší energii, než je energie
prahová
˙ výtěžek jaderné reakce je funkcí energie jaderného projektilu (excitační funkce)
˙ exoergické reakce nemívají prahovou energii
˙ u kladných projektilů je však nutná jistá kinetická energie, aby se překonalo
coulombická bariéra
˙ exoergické reakce neutronů probíhají s největším výtěžkem při nulové kinetické
energii neutronů
˙ někdy se pravděpodobnost reakce zvyšuje -- rezonance (odpovídá např. energetickým
hladinám nukleonů apod.)
B) Charakteristiky jaderných reakcí
Okamžitá rychlost jaderné reakce = časová změna (přírůstek) počtu atomů vznikajícího nuklidu
(N*)
j - tok částic (počet projektilů dopadajících na plošnou
jednotku terče za časovou jednotku
N - počet terčových jader
s - účinný průřez [m^2] -- závisí na energii projektilu, na typu
jaderné reakce a na excitační funkci
(zpravidla se liší svou hodnotou od geometrického průřezu)
-vyjadřuje pravděpodobnost zásahu terč. jádra
+--------------------------------------------------------------------------------------------+
| Reakce | s (m^2) | Pozn. |
|------------------------------+----------------------+--------------------------------------|
| ^10B(n,a)^7Li | 3,8.10^-25 | pomalé neutrony |
|------------------------------+----------------------+--------------------------------------|
| ^238U(n,g)^239U | 2,7.10^-28 | pomalé neutrony |
|------------------------------+----------------------+--------------------------------------|
| ^249Cf(^15N,4n)^260Rf | 3.10^-33 | vliv coulombické bariéry |
+--------------------------------------------------------------------------------------------+
Výtěžek jaderné reakce = poměr počtu vznikajících atomů k počtu projektilů dopadajících na
terč (plocha terče je S)
˙ velké výtěžky jsou typické pro exoergické reakce pomalých neutronů
˙ výtěžek reakce se zpravidla vyjadřuje aktivitou vzniklého radionuklidu
Kinetika jaderné reakce = závislost počtu atomů vzniklých jadernou reakcí ozařováním (N*) na
době ozařování
N* = Rt = sfNt
Vzniká-li radioaktivní nuklid, dochází během ozařování k jeho rozpadu
˙ aktivita vznikajícího nuklidu roste zpočátku poměrně rychle
˙ během delšího ozařování člen 1 a aktivita limituje ke konstantní hodnotě --
nasycená aktivita A[s
] (obdoba trvalé radioaktivní rovnováhy)
A[s]=sfN
˙ delším ozařováním nelze získat delší aktivitu
˙ A[s] je dána typem ozařovacího zařízení, terčem, druhem projektilu a jeho energií
˙ pokud vzniká radionuklid s dlouhým poločasem rozpadu (tj. rychlost jeho přeměny je ve
srovnání s rychlostí jeho vzniku malá), pak se soustava chová jakoby vznikal stabilní nuklid --
delší ozařování se tedy projeví větším výtěžkem
Průběh jaderné reakce
Složené jádro (vychází z kapkového modelu jádra)
Vzniká při pohlcení jaderného projektilu terčovým jádrem
O/ excitační energie pochází z kinetické energie projektilu a z vazebné energie, která se
uvolní při zachycení projektilu
O/ tato energie se rovnoměrně rozdělí mezi nukleony
O/ energie nukleonů se při vzájemných srážkách neustále přerozděluje
O/ může se stát, že některý nukleon získá takovou energii, která mu umožní opustit
složené jádro TH nastává druhá fáze procesu (rozpad složeného jádra)
O/ excitační energie složeného jádra se zmenší o vazebnou a kinetickou energii emitované
částice
O/ je-li excitační energie složeného jádra značná, může se uvolnit i více nukleonů
reakce typu (a, pn), (n,2n), (těžký ion, 4n)
O/ nadbytečná energie, která již nestačí k emisi nukleonu, se vyzáří jako fotony g-záření
(jediný způsob deexcitace u nízkých excitačních energií ... reakce typu (n, g)
O/ doba života složeného jádra je 10^-16 - 10^-14 s -- doba dostatečná k přerozdělení
energie
O/ osud složeného jádra nezávisí na jeho vznik a při rozpadu složeného jádra mohou
vznikat různé produkty
O/ různými reakcemi může vznikat tentýž nuklid