МЕХАНИЗМ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ

Напомним, что ядро состоит из плотно связанных протонов и нейтронов. Мерой этой связи служит средняя энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Эта энергия для большинства ядер приближенно равна 8 Мэв. Если кинетическая энергия бомбардирующей частицы больше энергии связи нуклона в ядре, то такая частица имеет возможность вырвать одну или несколько ядерных частиц в ядре. Таким образом, частица с большой энергией, попадая в ядро, взаимодействует только с одним или малым количеством нуклонов.

Нас, однако, будет интересовать другой обширный класс ядерных реакций, когда бомбардирующая частица имеет энергию, значительно меньшую энергии связи нуклона в ядре. В этом случае попадающая в ядро частица уже не может вырвать нуклон из ядра. В результате столкновения частицы и ядра получается новое ядро с большим числом нуклонов. Это промежуточное ядро, как мы будем его называть, находится в возбужденном состоянии. Это значит, что его энергия больше энергии того же ядра в нормальном состоянии. Энергия возбуждения равна сумме кинетической энергии бомбардирующей частицы и ее энергии связи с промежуточным ядром. Для того чтобы перейти в нормальное состояние, такое ядро должно испустить какую-либо частицу. Этой частицей может быть фотон гамма-излучения, какой-либо нуклон либо группа нуклонов (альфа-частица).

Промежуточное ядро реально существует, и это доказывается достаточно длительным временем его «жизни». Однако здесь следует учесть ядерный масштаб времени, который связан с размером ядра и скоростью влетающих в ядро частиц. За ядерное время физики принимают время пролета быстрой частицы сквозь ядро. Если диаметр ядра равен примерно Ю-12 см, а скорость частицы порядка 109 см/сек, то ядерное время

Опыт показывает, что промежуточное ядро живет очень долго–около 10~14 сек. В обычном масштабе времени, где за единицу принята секунда, промежуточное ядро существовало бы 107 сек, т. е. около 4 месяцев.

В момент образования промежуточного ядра энергия его возбуждения сосредоточена на захваченной ядром- мишенью частице. Но в результате интенсивного воздействия в ядре эта добавочная энергия быстро распределяется между частицами. Этим распределением управляют законы случая, или, как говорят физики, законы статистики. Поэтому если в данный момент энергия возбуждения распределена между двумя или большим количеством нуклонов, то в следующий момент она может распределиться между другими нуклонами или опять сконцентрироваться на одном из них. По прошествии некоторого времени отдельный нуклон или группа нуклонов (альфа-частица) в промежуточном ядре может приобрести энергию, достаточную для вылета. Это и будет распад промежуточного ядра.

Примерно то же происходит и при испарении нагретой жидкости. Если бы вся энергия жидкости была равно мерно распределена между всеми молекулами, никакого испарения не было бы. Энергии молекул оказалось бы недостаточно, чтобы преодолеть силы поверхностного натяжения. Но закон статистики действует и здесь. Случайно для той или иной молекулы и «закономерно» для всего объема жидкости часть молекул получает большую порцию энергии и вылетает за пределы жидкости, образуя над ее поверхностью пар.

Энергия может быть распределена между нуклонами ядра самым различным способом. Очень маловероятно, чтобы она сосредоточилась на отдельном нуклоне в количестве, достаточном для его вылета за пределы промежуточного ядра. Для этого нужно очень большое время, в миллион раз превосходящее время образования промежуточного ядра, — время пролета бомбардирующей частицы в ядре-мишени.

Из того факта, что промежуточное ядро «очень долго» находится в возбужденном состоянии, следует, что его распад не зависит от того, каким способом образовалось промежуточное ядро. Способ образования промежуточного ядра «забыт», и способ его распада определяется только свойствами этого ядра и его энергией возбуждения.