ЭФФЕКТИВНЫЕ СЕЧЕНИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ

Известно, что одни ядерные реакции протекают очень быстро, другие идут с исчезающе малой скоростью. Необходимо как-то характеризовать ядерные реакции. Легче всего это сделать, определив вероятность осуществления ядерной реакции.

Предположим, что бомбардирующая частица имеет энергию, большую, чем высота потенциального барьера. Тогда эта частица беспрепятственно проникнет внутрь ядра и произведет ядерную реакцию. Очевидно, что в этом случае вероятность ядерной реакции определится вероятностью встречи бомбардирующей частицы с ядром. Последняя величина прямо зависит от площади сечения атомного ядра.

Представим себе ядро в виде цели, обстреливаемой градом пуль — бомбардирующими частицами. При этом будем считать, что наше бомбардирующее орудие выпускает I пуль в секунду по площади размером 1 см2. Если бы ядро занимало всю обстреливаемую площадь (1 см2), то, очевидно, в одну секунду все I бомбардирующих частиц попали бы в ядро.

По целому ряду причин не все сечение ядра может быть использовано для подхода к бомбардирующей частице и необходимо ввести понятие так называемого эффективного сечения ядерных реакций. Эффективное сечение а может быть много меньше геометрической площади ядра S и прежде всего вследствие действия отталкивающих электростатических сил. За единицу эффективного сечения а ядра принимается один барн, равный 10~24 см2, что соответствует то порядку величине площади сечения ядра. Эффективное сечение ядерных реакций под действием заряженных частиц даже при энергиях, превышающих высоту кулоновского потенциального барьера, обычно в десятки и сотни раз меньше, чем один барн.

До сих пор мы говорили только о попадании в ядро бомбардирующей частицы и рассматривали так называемое полное эффективное сечение ядра независимо от того, какая ядерная реакция произойдет затем. Но после того, как ядро поглотит добавочную частицу с достаточно большой энергией, ядро оказывается сильно возбужденным и могут произойти различные ядерные реакции. Естественно, что сумма вероятностей всех возможных реакций не может быть ни больше, ни меньше вероятности проникновения бомбардирующей частицы в ядро.

Было бы неправильно думать, что различные реакции, происходящие с возбуждением ядра, равновероятны, т. е. их сечения равны. Для данного ядра в определенных условиях может быть наиболее вероятна реакция одного или двух типов и сечения остальных реакций ничтожно малы.

Имеется особый класс ядерных реакций, для которых кулоновский потенциальный барьер ядра, т. е. электростатические силы отталкивания, не играет никакой роли. Это — ядерные реакции с нейтронами. Нейтрон не имеет электрического заряда и поэтому не взаимодействует с зарядом ядра. Благодаря этому даже самый медленный нейтрон может проникнуть в ядро и совершить ядерную реакцию. Вероятность взаимодействия между ядром и нейтроном в действительности гораздо больше для медленных нейтронов (с энергией порядка сотых долей электроновольта), чем для быстрых (с энергией несколько мегаэлектроновольт). Сечения нейтронных реакций для медленных нейтронов могут быть во много раз больше геометрической площади ядра и достигают сотен и даже тысяч барн.