核反应

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  核反应(nuclear reaction),用一定能量的粒子轰击原子核,使之变为他种核或状态而发生的变化过程。轰击的粒子可以是α粒子、质子中子光子氘核重离子。一般表示为A(a,b)B或(a,b),式中a为入射粒子,A为轰击的对象,称为靶核,b为反应后出射的粒子,B为剩余核。在某些情况下,反应后的产物可以是三体或多体,例如反应引起核裂变,并发射其他粒子。E.卢瑟福于1919年第一次观察到的核反应是

  核反应1.jpg或写成核反应2.jpg

  从此以后,人们已完成几千种核反应。

  核反应遵从电荷数守恒、质量数守恒、能量-动量守恒、角动量守恒和宇称守恒。反应前后系统的总动能不同,反应前后系统的静质量也不等。有的核反应静质量减少,反应后动能增大,为放能反应,反应能Q>0;有的核反应静质量增大,反应后动能减少,为吸能反应,反应能Q<0。对于吸能反应,并不是只要入射粒子具有|Q|的动能就能引起反应。由于生成物还要占用一部分动能,因此根据能量-动量守恒,要求入射粒子具有比|Q|更大的动能才能引起吸能反应,所需的最低动能称为阈能,计算表明,吸能反应的阈能为|Q|(mA+ma)/mA,式中mA、ma分别为靶核和入射粒子的静质量。满足上述守恒定律的核反应都能以一定的概率发生,描述反应概率的量是反应截面。核反应截面是核物理研究中的重要物理量,它提供核结构的重要信息。

  核反应按入射粒子的种类可分为中子核反应光核反应、电子同核的反应、轻离子核反应(指α粒子或比它更轻的离子引起的核反应)和重离子核反应(指比α粒子更重的离子引起的核反应)等,此外如π介子、K介子等也能引起核反应。核反应按出射粒子同入射粒子相同与否分可核散射和核转变两类。核散射又按散射前后系统的总动能相等与否分为弹性散射和非弹性散射。核反应按入射粒子能量大小可分为低能核反应[ Ea<50兆电子伏特(MeV) ]、中能核反应(50MeV<Ea<1000MeV)和高能核反应(Ea>1000MeV)。

  人们通过核反应的研究不仅发现了中子、反粒子,制备人工放射性核素和超铀元素,而且还提供大量关于核结构、性质的信息。