Я́ДЕРНЫЕ РЕА́КЦИИ

Я́ДЕРНЫЕ РЕА́КЦИИ, про­цес­сы, иду­щие при столк­но­ве­нии атом­ных ядер или эле­мен­тар­ных час­тиц с др. яд­ра­ми и при­во­дя­щие к из­ме­не­нию кван­то­во­го со­стоя­ния ис­ход­но­го яд­ра и/или его ну­клон­но­го со­ста­ва. Так­же при Я. р. мо­гут по­яв­лять­ся но­вые час­ти­цы. Ес­ли эти ча­сти­цы вы­зы­ва­ют сле­дую­щую Я. р. (та­кую же, как их по­ро­див­шая), воз­ни­ка­ет ядер­ная цеп­ная ре­ак­ция. Для осу­ще­ст­в­ле­ния Я. р. не­об­хо­ди­мо сбли­же­ние стал­ки­ваю­щих­ся час­тиц до рас­стоя­ния ок. 10^–15 м ме­ж­ду их по­верх­но­стя­ми. Я. р. идут при со­хра­не­нии сис­те­мой энер­гии, им­пуль­са, уг­ло­во­го мо­мен­та, элек­трич. и ба­ри­он­но­го за­ря­дов, леп­тон­но­го чис­ла. Чёт­ность вол­но­вой функ­ции, опи­сы­ваю­щей со­стоя­ние час­тиц до и по­сле ре­ак­ции, со­хра­ня­ет­ся в Я. р., обу­слов­лен­ных силь­ным или элек­тро­маг­нит­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем, и не со­хра­ня­ет­ся в Я. р., обу­слов­лен­ных сла­бым взаи­мо­дей­ст­ви­ем.

Я. р. идут как с вы­де­ле­ни­ем, так и с по­гло­ще­ни­ем энер­гии, оп­ре­де­ляе­мой де­фек­том мас­сы сис­те­мы до и по­сле Я. р. Ве­ли­чи­на по­гло­щае­мой энер­гии оп­ре­де­ля­ет ми­ним. ки­не­тич. энер­гию столк­но­ве­ния (по­рог ре­ак­ции), при ко­то­рой дан­ная Я. р. мо­жет про­те­кать. Ве­ро­ят­ность Я. р. за­мет­но от­ли­ча­ет­ся от ну­ля при та­ких энер­ги­ях, при ко­то­рых про­ни­цае­мость ку­ло­нов­ско­го барь­е­ра яд­ра дос­таточ­но ве­ли­ка. Вы­со­та ку­ло­нов­ско­го барь­е­ра Я. р. с уча­сти­ем эле­мен­тар­ных час­тиц и лёг­ких ядер ма­ла; та­кие Я. р. (тер­мо­ядер­ные ре­ак­ции, ра­диа­ци­он­ный за­хват ней­тро­на и др.) ак­тив­но идут в звёз­дах и обес­пе­чи­ва­ют нук­лео­син­тез в при­ро­де.

Кван­то­вое со­стоя­ние стал­ки­ваю­щих­ся час­тиц до взаи­мо­дей­ст­вия оп­ре­де­ля­ет вход­ной ка­нал Я. р.; вы­ход­ной ка­нал за­да­ёт­ся со­ста­вом и кван­то­вым со­стоя­ни­ем про­дук­тов Я. р. Ве­ро­ят­ность реа­ли­за­ции то­го или ино­го вы­ход­но­го ка­на­ла свя­за­на с се­че­ни­ем Я. р., ко­то­рое оп­ре­де­ля­ет­ся пе­ре­кры­ти­ем вол­но­вых функ­ций на­чаль­но­го и ко­неч­но­го со­стоя­ний, а так­же за­ви­сит от ори­ен­та­ции спи­нов час­тиц. Из­ме­ряе­мой ве­ли­чи­ной яв­ля­ет­ся вы­ход Я. р. – чис­ло за­ре­ги­ст­ри­ро­ван­ных про­дук­тов Я. р. с оп­ре­де­лён­ной мас­сой, за­ря­дом, ки­не­тич. энер­ги­ей, уг­ло­вы­ми рас­пре­де­ле­ния­ми, спи­на­ми.

Осн. ис­точ­ни­ком за­ря­жен­ных час­тиц, ини­ции­рую­щих Я. р. в ла­бо­ра­тор­ных ус­ло­ви­ях, слу­жат ус­ко­ри­те­ли за­ря­жен­ных час­тиц. В хо­де Я. р. так­же мо­гут об­ра­зо­вы­вать­ся час­ти­цы (как за­ря­жен­ные, так и ней­траль­ные), пуч­ки ко­то­рых впо­след­ст­вии мо­гут быть ус­ко­ре­ны и ис­поль­зо­ва­ны в Я. р. Ис­точ­ни­ком мед­лен­ных ней­тро­нов и γ-кван­тов слу­жат ядер­ные ре­ак­то­ры.

В Я. р. с уча­сти­ем π-ме­зо­нов, K-ме­зо­нов и ан­ти­про­то­нов про­ис­хо­дит их за­хват с об­ра­зо­ва­ни­ем эк­зо­ти­че­ских ато­мов, а за­тем по­гло­ще­ние час­тиц ядром. В Я. р., иду­щих под дей­ст­ви­ем γ-кван­тов, энер­ге­тич. за­ви­си­мость се­че­ния их по­гло­ще­ния ядром ха­рак­те­ри­зу­ет­ся ши­ро­ким мак­си­му­мом (см. Ги­гант­ские ре­зо­нан­сы); при бóльших энер­ги­ях идут про­цес­сы вы­би­ва­ния ну­кло­нов из яд­ра, фраг­мен­та­ция яд­ра и ро­ж­де­ние π-ме­зо­нов (см. Фо­то­ядер­ные ре­ак­ции).

Я. р., в ко­то­рых на­ле­таю­щая час­ти­ца лишь ка­са­ет­ся яд­ра-ми­ше­ни, а дли­тель­ность столк­но­ве­ния при­бли­зи­тель­но рав­на вре­ме­ни про­хо­ж­де­ния на­ле­таю­щей час­ти­цей рас­стоя­ния, рав­но­го ра­диу­су яд­ра-ми­ше­ни (ок. 10^–22 с), от­но­сят к клас­су пря­мых ядер­ных ре­ак­ций. В пря­мой Я. р. на­ле­таю­щая час­ти­ца име­ет дос­та­точ­ную энер­гию, что­бы вый­ти из об­лас­ти дей­ст­вия ядер­ных сил при­тя­же­ния. При мень­ших зна­че­ни­ях при­цель­но­го па­ра­мет­ра (рас­стоя­ния ме­ж­ду ли­ни­ей, вдоль ко­то­рой дви­жет­ся на­ле­таю­щее яд­ро, и цен­тром масс яд­ра-ми­ше­ни) на­блю­да­ют­ся т. н. глу­бо­ко не­уп­ру­гие столк­но­ве­ния ядер, в ко­то­рых зна­чит. до­ля ки­не­тич. энер­гии час­тиц пе­ре­хо­дит во внутр. энер­гию воз­бу­ж­де­ния ядер. В этом слу­чае фор­ми­ру­ет­ся т. н. двой­ная ядер­ная сис­те­ма, ко­то­рая че­рез 10^–20 с рас­па­да­ет­ся на 2 фраг­мен­та. Ме­ж­ду яд­ра­ми двой­ной ядер­ной сис­те­мы про­ис­хо­дит ин­тен­сив­ный об­мен ну­кло­на­ми, за счёт ко­то­ро­го фор­ми­ру­ют­ся за­ря­до­вое и мас­со­вое рас­пре­де­ле­ния про­дук­тов Я. р. Глу­бо­ко не­уп­ру­гие столк­но­ве­ния ис­поль­зу­ют­ся для по­лу­че­ния не­ста­биль­ных нук­ли­дов.

При даль­ней­шем умень­ше­нии при­цель­но­го па­ра­мет­ра на­ле­таю­щая час­ти­ца (или лёг­кое яд­ро) не по­ки­да­ет об­ласть взаи­мо­дей­ст­вия, её ки­не­тич. энер­гия по­сте­пен­но рас­пре­де­ля­ет­ся сре­ди ну­кло­нов яд­ра, так что на отд. ну­кло­не или груп­пе ну­кло­нов мо­жет скон­цен­три­ро­вать­ся энер­гия, дос­та­точ­ная для их эмис­сии из яд­ра. В про­цес­се даль­ней­шей ре­лак­са­ции об­ра­зу­ет­ся со­став­ное яд­ро с вре­ме­нем жиз­ни 10^–14–10^–18 с. Рас­пад со­став­но­го яд­ра не за­ви­сит от спо­со­ба его об­ра­зо­ва­ния и оп­ре­де­ля­ет­ся энер­ги­ей воз­бу­ж­де­ния, уг­ло­вым мо­мен­том, чёт­но­стью и изо­то­пич. спи­ном яд­ра. В слу­чае рас­па­да сред­них и тя­жё­лых со­став­ных ядер ве­ро­ят­ность ис­пус­ка­ния ней­тро­нов зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ет ве­ро­ят­ность эмис­сии за­ря­жен­ных час­тиц (вы­ле­ту по­след­них пре­пят­ст­ву­ет ку­ло­нов­ский барь­ер яд­ра). В тя­жё­лых яд­рах с ис­пус­ка­ни­ем ней­тро­нов кон­ку­ри­ру­ют про­цес­сы де­ле­ния атом­но­го яд­ра и α-рас­па­да.

Вы­де­ля­ют Я. р. при низ­ких энер­ги­ях (до 15–20 МэВ/ну­клон), про­ме­жу­точ­ных (от 20 до не­сколь­ких со­тен МэВ/ну­клон) и ре­ля­ти­ви­ст­ских (вы­ше со­тен МэВ/ну­клон). При про­ме­жу­точ­ных энер­ги­ях про­ис­хо­дит мно­же­ст­вен­ное ро­ж­де­ние час­тиц и но­вых ядер за счёт фраг­мен­та­ции стал­ки­ваю­щих­ся ядер. Та­кие Я. р. ис­поль­зу­ют для по­лу­че­ния ра­дио­нук­ли­дов, а об­ра­зую­щие­ся пуч­ки про­то­нов и ядер ¹²С – в лу­че­вой те­ра­пии. В Я. р. при ре­ля­ти­ви­ст­ских энер­ги­ях дос­ти­га­ют­ся боль­шие плот­но­сти и темп-ры ядер­ной ма­те­рии – в этих ус­ло­ви­ях ро­ж­да­ют­ся но­вые час­ти­цы.