Ядерные реакторы
РБМК 1000
Математика
Курсовые
Альтернативная энергетика
ВВЭР
Информатика
Черчение

Теплоэнергетика

Реактор БН
Сопромат
Электротехника
Ядерная физика
Ядерное оружие
Графика
Карта

Ядерные реакции

Реакции под действием альфа частиц

2. Реакции под действием α-частиц

Основными видами реакций, идущих под действием α-частиц, являются реакции типа (α, p) и (α, n). Два фактора, которые определяют протекание этих реакций: высота кулоновского барьера и величина энергии связи α-частицы в промежуточном ядре.

Для того, чтобы реакция была эффективной кинетическая энергия α-частицы должна быть сравнима с высотой кулоновского барьера, т.е. . Поэтому энергия возбуждения промежуточного ядра

.

(4.6.8)

Подпись: Таблица 4.6.1
Средние значения величин, МэВ	Z
	<20	60	80
Bk
εα(C)
Wc	10
8
18	20
0
20	25
-5
20

В таблице 4.6.1 даны средние значения высоты кулоновского барьера Bk и энергия связи α-частиц в ядрах с различными Z. Из таблицы видно, что энергия возбуждения составных ядер Wc остается примерно одинаковой и равной примерно 20 МэВ при изменении Z от легких до тяжелых ядер, если только .

Такая величина энергии возбуждения составного ядра существенно превышает не только энергию связи вылетающего нуклона, но и высоту кулоновского барьера в случае вылета протона. Другими словами, при энергиях  должны примерно с равными вероятностями идти реакции как типа (α, р), так и типа (α, n).

Первой ядерной реакцией была реакция (a, р) на ядрах 14N (см. (4.1.3)). В реакциях (a, р)было впервые установлено наличие резонансной зависимости сечения реакций от кинетической энергии α-частиц. Изучение выхода экзоэнергетической реакции

 + 2,26Мэв

(4.6.8)

показало, что зависимость Y(Т) для этой реакции имеет ступенчатый характер (рис. 4.6.2), что в соответствии с (4.6.7) означает наличие максимумов в зависимости s(T), которые свидетельствуют о резонансном характере ядерной реакции. Наличие максимумов в сечении означает, что a-частица с соответствующей энергией захватывается на один из квазистационарных уровней промежуточного ядра. В дальнейшем было установлено, что многие типы реакций имеют резонансный характер. Правильное объяснение механизма возникновения резонансов было дано Бором (см. §4.2).

Реакции (α, p) дают, как правило, стабильные продукты.

В реакции типа (α, n)

(4.6.9)

Чедвик в 1932 г. впервые обнаружил свободный нейтрон.Эта реакция экзоэнергетическая (= 5,5 МэВ), отличается чрезвычайно большим выходом Y = 2,5×10-4 и до сих пор широко используется для получения нейтронов в простейших радиоактивных источниках нейтронов.a-Активный нуклид (210Ро, 238Рu и др.), имеющий достаточно высокую удельную активность, смешивается с порошком бериллия и смесь помещается в герметичную ампулу размером ~ 1см.

Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1934 г. впервые показали, что с помощью реакций типа (a, n) можно получать, в отличие от реакций (α, p), которые дают, как правило, стабильные продукты, искусственные радиоактивные ядра.В настоящее время реакции (an) используются для получения искусственных радиоизотопов на ускорителях заряженных частиц, например, на циклотронах. Примером такой реакции может служить процесс

,

(4.6.9)

входной канал которого идентичен (4.6.8).

Трехмерная структура гелиосферы в самых крупных масштабах сильно контролируется положением и наклоном гелиосферного токового слоя. Последний погружен в более плотную и медленную плазму, являющуюся продолжением пояса корональных стримеров, опоясывающих все Солнце. Форма и положение этой поверхности изменяются определенным образом во времени в течение солнечного цикла и под действием более кратковременных проявлений солнечной активности. Главный гелиосферный токовый слой разделяет всю гелиосферу на две половины с равными по абсолютной величине, но противоположными по знаку магнитными потоками в них. Он определяет собой положение поверхности магнитного экватора в гелиосфере. Электрический ток в этом слое течет по гиперболическим спиралям, ортогональным к линиям магнитного поля, имеющим вид спиралей Архимеда. Помимо главного токового слоя могут существовать другие токовые слои сравнимой интенсивности, что часто делает структуру гелиосферы очень сложной и динамичной.

Измерения на КА “Ulysses” с 1990 г. и по настоящее время показывают, что квазистационарные высокоскоростные потоки солнечного ветра приурочены к крупным корональным дырам, которые в годы низкой солнечной активности располагаются вблизи магнитных полюсов Солнца, которые сами в это время находятся около гелиографических полюсов. Магнитный диполь Солнца в эти годы ярко выражен. Магнитная конфигурация короны в области формирования солнечного ветра в грубых чертах неплохо воспроизводится аналитической моделью “диполь + тонкий токовый слой в плоскости экватора”. С развитием цикла увеличивается активность и уровень флуктуаций, наклон диполя относительно оси также увеличивается и быстро растет вклад более высоких гармоник. Наиболее низкие из них – квадруполь и октуполь в сумме достигают или даже несколько превосходят вклад диполя на поверхности источника солнечного ветра вблизи максимума цикла. Квадруполь проявляется в виде северо-южной асимметрии солнечной короны и гелиосферы. Процесс переполюсовки дипольной сотавляющей магнитного поля отвечает двадцатидвухлетнему циклу Хейла и происходит как неравномерный поворот оси дипольного поля относительно оси вращения. В годы максимума магнитная ось Солнца проходит при своем повороте через плоскость гелиографического экватора и пересекает плоскость эклиптики. Такое явление наблюдалось, например, в августе 1999 г., то есть вблизи максимума 23-го цикла солнечной активности. Поэтому в это время с орбиты Земли можно хорошо видеть магнитные полюса Солнца и корональные дыры вокруг них. Роль квадруполя при сложении с диполем ярко выражается в том, что на одном обороте Солнца может длительно наблюдаться сильно выраженное преобладание сектора поля с одной магнитной полярностью и одного высокоскоростного потока из соответствующей самой крупной корональной дыры. На фазе спада роль квадруполя и остальных гармоник ослабляется, и симметрия потоков, по-видимому, выглядит более упорядоченной с преобладанием двух высокоскоростных потоков за один оборот. Это дает возможность строить неплохие прогнозы крупномасштабной структуры коротирующих высокоскоростных потоков солнечного ветра в это время.

Та6л. 2.3.4. Электронная концентрация в короне и межпланетной среде

nо(105 см-З)

a

n (1RQ)108 см-З

n (1 а.е.) см-З

Над экватором, макс. активность

5,7

7,46

9,9

I2

Над экватором, мин. активность

9,25

5,35

2,0

20

Над полюсом, макс.активность

4,28

7,2

5,7

 9

 Зависимость солнечного ветра и межпланетного магнитного поля от гелиодолготы также является весьма сильной. Установлено существование 27-28-дневной (синодической) периодичности, связанной с вращением Солнца и гелиодолготной неоднородностью граничных условий. на Солнце. В отдельные относительно спокойные периоды времени длительностью несколько солнечных оборотов наблюдается так называемая секторная структура, когда в течение нескольких дней поле направлено к Солнцу, затем от Солнца и т.д. (см. ниже). Эта картина может состоять из 2, 4 или 6 секторов. Она приблизительно повторяется с периодом вращения Солнца. Параметры плазмы также меняются в секторной структуре: скорость на десятки процентов, плотность и температура протонов - в несколько раз. Пример четырехсекторной структуры по плазменным данным ИСЗ "IМP-6"показан на рис. 2.3.1. В возмущенные периоды времени такие рекуррентные изменения трудно выделить на фоне сильных нерегулярных колебаний.

Рис. 2.3.1. Трехчасовые средние значения скорости u ; плотности n ; температуры Tp ; безразмерного третьего момента протонной функции распределения  , Qp - третий момент (тепловой поток); ( T||/T^)p - анизотропия протонной температуры. Измерения выполнены в 1971г. на ИСЗ “IMP-6”

Предложенная Э. Резерфордом модель атома сыграла решающую роль в развитии квантовой механики. Дело в том, что на основе классической физики невозможно было объяснить наблюдаемую на опыте устойчивость атома. Вращающиеся на орбите электроны, согласно классической физике, должны были излучать энергию и, потеряв ее, упасть на атомное ядро. Поскольку такие явления как фотоэффект и явление дифракции электронов удалось объяснить с помощью квантовых представлений, вполне разумно казалось попытаться с помощью такого подхода объяснить и устойчивость электронных орбит атома.

В 1913 году Н. Бор предложил новую квантовую теорию орбит. Согласно этой теории электрон может вращаться вокруг ядра неопределенно долго, не излучая энергию, если на его орбите укладывается целое число длин волн де Бройля. Таким образом, устойчивые орбиты в атоме это орбиты, радиусы которых rn определяются соотношением rn = n2h2/Zmee, что соответствует определенным энергетическим уровням атома: En = - Z2e4me/2n2h2.

§ 4.6. Реакции под действием заряженных частиц

Инженерная графика

 

Сопромат