Reakcje jądrowe Reakcja jądrowa – oddziaływania dwóch obiektów, z których przynajmniej jeden jest jądrem. W wyniku reakcji jądrowych powstają: Nowe jądra.

Prezentacja na temat: "Reakcje jądrowe Reakcja jądrowa – oddziaływania dwóch obiektów, z których przynajmniej jeden jest jądrem. W wyniku reakcji jądrowych powstają: Nowe jądra."— Zapis prezentacji:

1 Reakcje jądrowe Reakcja jądrowa – oddziaływania dwóch obiektów, z których przynajmniej jeden jest jądrem. W wyniku reakcji jądrowych powstają: Nowe jądra Jądra w innym stanie niż początkowe Pierwsza zaobserwowana reakcja jądrowa (Rutherford, 1919) Zapisujemy: lub transmutacja – zamiana jednego jądra na inne

2 Najprostsza reakcja - rozpraszanie

3 Reakcje syntezy deuter d +d  31H + p (Q = 4.03 MeV)
d +d  32He + n (Q = 3.27 MeV) tryt n + 63Li  31H + 42He 31H + 21H  n + 42He (Q = MeV) wysokoenergetyczne neutrony (ok. 14 MeV)

4 Reakcje jądrowe kanał wejściowy  kanał wyjściowy a + A  B + ...
a + A  a + A rozpraszanie elastyczne a + A  a + A* rozpraszanie nieelastyczne Energie: niskie < 20 MeV średnie do kilkaset MeV wielkie do kilku GeV ultrawielkie powyżej kilku GeV

5 Badamy: przekroje czynne – miara prawdopodobieństwa zajścia danego procesu tożsamości cząstek (masa, ładunek, spin, parzystość) charakterystyki kinematyczne (pt, pl, E, ) Eksperymenty ekskluzywne – pełna informacja o wszystkich produktach reakcji. Eksperymenty inkluzywne – badanie niektórych produktów reakcji

6 Przekrój czynny oddziaływanie pomiar prawdopodobieństa

7 n - strumień padających cząstek
k - koncentracja centrów tarczy (identycznych), m-3  - efektywna powierzchnia centrów, m2 Sdx - objętość warstwy kSdx - ilość centrów w warstwie kSdx - efektywna powierzchnia czynna warstwy (bez przekrywania) S dx

8 ułamek cząstek, które uległy oddziaływaniu:
prawdopodobieństwo oddziaływania pomiar  mierzymy n(x) dla różnych grubości x, znając k (koncentrację centrów) -wyznaczamy 

9 średnia droga swobodna:
pomiar  przez pomiar średniej drogi swobodnej jednostka przekroju czynnego: barn, b=10-28 m (geometryczny przekrój poprzeczny jądra A~120)

10 Reakcje jądrowe lub Zasada zachowania energii:
Q > 0 – reakcja egzoenergetyczna Q < 0 – reakcja endoenergetyczna Energia progowa

11 Zasady zachowania Zasada zachowania ładunku:
Zasada zachowania liczby barionowej: przykłady: 21H + 21H  32He + n = = 3 + 1 p + 73Li  74Be + n = = 7 + 1 42He + 94Be  126C + n = = 42He + 115B  147N + n = = reakcja ładunek liczba nukleonów

12 Modele reakcji

13 Model jądra złożonego Dwa etapy reakcji:
pocisk wchłonięty przez jądro – powstaje wzbudzone jądro złożone rozpad jądra złożonego z emisją cząstek Przykłady:

14 Model jądra złożonego Przykłady:

15 Model jądra złożonego I etap: jądro wnika do tarczy, powstaje jądro złożone najczęściej w stanie wzbudzonym (emisja kwantów ), w wyniku szeregu zderzeń energia zostaje rozdzielona pomiędzy wszystkie nukleony jądra. Jądro złożone jest obiektem o długim czasie życia ~10-16s II etap: rozpad jądra pośredniego (najczęściej jest więcej scenariuszy rozpadu), dynamika procesów w drugim etapie nie zależy od sposobu powstania jądra złożonego.

16 Model jądra złożonego a + AZX  C* I etap (powstanie jądra złożonego)
przejście do niższego stanu wzbudzenia  C’* +  C’*  b1 + Y1 + … II etap (rozpad jądra złożonego)  b2 + Y2 + … np.:  42He Ni  Zn + 2n 6430Zn*  p Cu  Zn + n

17 rozkłady pędów i energii neutronów wtórnych również podobne
kształty rozkładów przekrojów czynnych podobne dla różnych reakcji – jądro złożone „nie pamięta” jak powstało. rozkłady pędów i energii neutronów wtórnych również podobne energia pocisku

18 Reakcje bezpośrednie 16O 17O 2H 1H b stripping (zdarcie): d + 16O  p + 17O (Q=1.92 MeV)

19 Reakcje bezpośrednie pick-up (poderwanie): d + 16O  3H + 15O 2H 3H b

20 Reakcje bezpośrednie Pocisk wchodzi w obszar oddziaływania jądra tarczy i może… zostać schwytany w całości lub częściowo (zdarcie) poderwać nukleony z jądra tarczy (poderwanie, zubożenie) Część pocisku schwytana przez jądro przekazuje swoją energię nukleonowi (grupie nukleonów) i wybija je z jądra. Względnie małe transfery energii i pędu Jądro po reakcji może być w stanie wzbudzonym – dalsze przejścia, rozpady.

21 Reakcje bezpośrednie twarde widma (przesunięte do wyższej energii) z ostrym maksimum (n,p) jądro złożone liczba protonów (n,p) reakcja wprost energia protonów Anizotropowy rozkład kątowy z maksimum dla małych kątów Słaba zależność przekroju czynnego od energii cząstki padającej Nukleony z którymi nie oddziałuje pocisk bezpośrednio nie uczestniczą w reakcji Czas trwania całej reakcji porównywalny z czasem przelotu nukleonu przez obszar jądra, ~10-22s

22 Energia jądrowa rozszczepienie synteza jądrowa

23 Reakcja rozszczepienia
wyzwala się 180 MeV rozpad  - wyzwala się 5,6 MeV

24 Reakcja rozszczepienia

25

26 reakcja rozszczepienia

27

28 reakcja łańcuchowa 235U – 0,72%

29

30 bilans energia kinetyczna jąder produktów MeV energia unoszona przez neutrony MeV energia natychmiastowych kwantów  MeV energia rozpadów jąder promieniotwórczych MeV razem MeV spalanie węgla: 4 eV na atom (C + O2 = CO2)