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 заряженных частиц

4. Реакции под действием дейтонов

Реакции под действием дейтонов обладают рядом особенностей. Дейтон может взаимодействовать с ядрами не только с образованием составного ядра, но и путем прямого взаимодействия. Это обусловлено тем, что энергия связи дейтона составляет DWd≈ 2,2 МэВ, т.е. около 1 МэВ/нуклон, что много меньше 8 МэВ/нуклон – средней энергии связи нуклона в большинстве ядер. Кроме того, среднее расстояние между протоном и нейтроном в дейтоне относительно велико и составляет ~ 4·10-13см. Для сравнения среднее расстояние между нуклонами в большинстве ядер не превышает 2·10-13см (см. (2.2.3)).

Если дейтон образует с ядром-мишенью составное ядро, то его энергия возбуждения оказывается примерно равной 14 МэВ из-за большого различия в величинах удельной энергии связи для дейтона и большинства ядер. Действительно, энергия связи дейтона относительно составного ядра (1.4.4)

.

(4.6.17)

Выразив массы через энергии связи по формуле (1.4.11), получим

.

(4.6.18)

Поскольку для большинства ядер DW » МэВ, то

ed≈ 8A – 8(A-2) – 2,2 » 14 МэВ.

Таким образом, энергия возбуждения составного ядра (4.5.32), образующегося при захвате дейтона

,

(4.6.17)

значительно превышает не только среднее значение связи нуклона в ядре, но и энергию связи α-частицы (см. таблицу 4.6.1). Поэтому все реакции (d, p), (d, n), (d, α), если они идут через составное ядро, являются экзоэнергетическими и протекают с относительно большими вероятностями.

Наибольшим выходом при относительно небольшой энергии дейтонов обладают реакции

 

 

 

 

 

 


и

d + t®4Не+ n,      Q = 17,6 МэВ.

(4.6.19)

Такая большая величина энергии реакции объясняется большой удельной энергией связи образующегося ядра 4Не. Эта реакция имеет наименьшую величину кулоновского барьера и наибольший выход.

Сечения этих реакций показаны на рисунках 4.6.3 и 4.6.4. Из рисунков видно, что полное сечение реакции (4.6.18) достигает максимума в 100 мбарн при энергии 2 МэВ. Особенно велико сечение взаимодействия  дейтона с тритоном (ядром трития), оно равно 5 барн при энергии дейтона всего 0,11 MэB.

Вследствие малой энергии связи нуклонов в дейтоне и большого расстояния между нуклонами реакции (d, p) и (d, n) могут идти без образования составного ядра. Взаимодействие дейтона с ядром может закончиться поглощением одного из нуклонов, тогда как второй останется за пределами ядра и продолжит свое движение преимущественно в направлении первоначального движения. При этом тяжелые ядра, у которых большой кулоновский барьер, будут захватывать преимущественно нейтроны, а в результате электростатического отталкивания дейтон будет ориентироваться своим протоном от ядра. В результате на средних и тяжелых ядрах выход реакции (d, p) в несколько раз превышает выход реакции (d, n), что противоречит механизму составного ядра. При распаде составного ядра испускание протона всегда затруднено кулоновским барьером и предпочтительным является, наоборот, вылет нейтрона.

Причинами больших вариаций химического состава являются процессы диффузионного разделения частиц по массам и зарядам в гравитационном, электрическом и магнитном полях и под действием градиентов температур в короне при частых столкновениях в стационарных условиях, а также при нестационарных движениях в солнечном ветре. Процессы разделения ионов происходят под действием многих сил – тяжести, электромагнитных полей, столкновений между частицами и сил инерции. Этим процессам часто препятствует сильное перемешивание на кинетическом уровне. Динамика всех этих процессов весьма разнообразна, чем объясняются наблюдаемые сильные вариации ионного состава солнечного ветра. Однако следует отметить, что во всех случаях протоны остаются главной ионной составляющей. В последние годы собрана большая информация о нейтральной компоненте в гелиосфере. Соответствующие вопросы подробно рассматриваются в другой главе при обсуждении свойств гелиосферы. Здесь же достаточно отметить, что нейтральный газ проникает в гелиосферу из разных источников и несет в себе важную информацию о свойствах межзвездной среды, кометных атмосфер, межпланетной пыли и т.п.

Функции распределения по скоростям. Для электронов, протонов, альфа-частиц они измерялись неоднократно. Плазма солнечного ветра не находится в состоянии локального термодинамического равновесия. Этот факт выражается в различии температур Tе/Тр и значительной анизотропии функций распределения вдоль и поперек магнитного поля, Т|| > T^. Соответственно, аппроксимация распределений максвелловскими функциями  является лишь грубым приближением. Более точное описание учитывает анизотропию: .

Во многих случаях такая аппроксимация для протонов оказывается достаточной при современном уровне экспериментальных возможностей. Однако наряду с типичными энергетическими спектрами, показанными на рис. 2.3.2, характеризующимися энергией направленного движения протонов ~ 500 эВ и тепловым разбросом ~10 эВ, иногда наблюдаются высокоэнергичные хвосты с энергией 5-50 кэВ. Плотность энергии этих групп протонов в возмущенных условиях может на порядок превосходить плотность тепловой энергии электронов и протонов в спокойном солнечном ветре. Спектр этих протонов имеет максимум при энергии 10-20 кэВ, плотность числа таких частиц 10-3-10-2 см-З. Интенсивность этой группы протонов в невозмущенном солнечном ветре в несколько сот раз меньше и оказывается ниже порога измерений используемых при6оров. Присутствие таких протонов в возмущенном солнечном ветре важно с точки зрения развития возможных неустойчивостей. Кроме того, предполагается, что они могут играть роль в динамике геомагнитных 6урь. Происхождение этой группы протонов в настоящее время остается неясным. Они могут ускоряться на Солнце либо в межпланетной среде.

Наиболее сильные отклонения протонной функции распределения от термодинамического равновесия довольно часто на6людаются в высокоскоростных струях. Здесь обычно регистрируются взаимопроникающие потоки, относительная скорость движения которых может превосходить местную альвеновскую скорость. Взаимопроникающие потоки формируются в результате "опрокидывания" нелинейных движений плазмы, возникающих как следствие нестационарных процессов на Солнце.

Тепловой поток, переносимый в спокойном солнечном ветре протонами вдоль магнитного поля, ~10-5 эрг см-2 c-1, направлен от Солнца. Он мал по сравнению с потоком кинетической энергии 0,1-1 эрг см-2 c-1, потоком энтальпии ~10-2 эрг см-2 c-1 и потоком тепла, переносимого электронами ~10-2 эрг см-2 c-1.

К середине 20-х годов стало очевидно, что полуклассическая теория атома Н. Бора не может дать полного описания свойств атома. В 1925 - 1926 гг. в работах В. Гейзенберга и Э. Шредингера был разработан общий подход описания квантовых явлений - квантовая теория. Эволюция квантовой системы в нерелятивистском случае описывается волновой функцией, удовлетворяющей уравнению Шредингера.

Некоторое время атомное ядро и электроны считались элементарными составляющими вещества. Первое указание на существование атомного ядра связано с открытием в 1898 году А. Беккерелем радиоактивности. Это произошло задолго до того, как Резерфорд экспериментально доказал его существование. Оказалось, что некоторые минералы естественного происхождения самопроизвольно испускают излучение неизвестной природы.

Реакции под действием заряженных частиц

Инженерная графика

 

Сопромат