核辐射物理与探测学

n
7Be
4.1 核反应概述
5、核反应中的守恒定律
大量实验表明，核反应过程遵守以下几个守恒定律：
（以 A(a,b)B 反应为例来说明。）
(1) 电荷守恒 反应前后的总电荷数不变。
即：
Za ZA ZB Zb
(2) 质量数守恒 反应前后的总质量数不变。
即： (3) 能量守恒
Aa AA AB Ab
4.1 核反应概述
4、反应道
对一定的入射粒子和靶核，能发生的核反应过程往往不 止一种，把每一种可能的反应过程称为一个反应道。
反应前的过程称为入射道。
6Li d
反应后的过程称为出射道。 一个入射道可以对应几个出射道：
2
H
6Li
7 Li* 7 Li
p0 p1
4 He
d 6Li
一个出射道也可以对应几个入射道： p7Li 4He
3、核反应分类
1) 按出射粒子分类：散射和反应 (a) 散射出射粒子与入射粒子相同，即: a ＝ b
这时，剩余核与靶核构成相同。
弹性散射：散射前后系统总动能相等 A(a, a)A
非弹性散射：散射前后系统总动能不相等 A(a, a)A*
4.1 核反应概述
(b) 反应 出射粒子与入射粒子不同，即: b a。这种 情况下，剩余核不同于靶核，也就是一般意 义上的核反应。
即： Ji J f
Ji Sa SA Li
J f Sb SB Lf
(6) 宇称守恒 反应前后体系的宇称不变。
即：
i f
i a A (1)li
f b B (1)l f
一般来说，入射粒子的波为平面波，它可以分解为
具有给定角动量和宇称的分波，角动量守恒和宇称守
恒是对这些分波而言的。
4.1 核反应概述
3) 按入射粒子能量分类 (a) 低能核反应低于140 MeV。 (b) 中高能核反应 在140 MeV～1GeV之间。 (c) 高能核反应 高于1GeV。
一般的原子核物理只涉及低能核反应。
4) 按靶核的质量数A分类 (a) 轻核反应 A < 30。 (b) 中量核反应 30 < A < 90。 (c) 重核反应 A > 90。
(3) 导致发现中子的反应
9Be n12C
1932年，查德威克
(4) 产生第一个人工放射性核素的反应
27Al n30P 1934年，小居里夫妇
30P ,T1/ 2 2.5min30Si
4.1 核反应概述
2、实现核反应的途径
(1) 用放射源产生的高速粒子去轰击原子核。 (2) 利用宇宙射线来进行核反应。 (3) 利用带电粒子加速器或反应堆来进行核反应。
4.1 核反应概述
例如：核反应
174N 187O p
I 0 1
5 2
1 2
设两者对心碰撞，即相对运动轨道角动量为 0。 li 0
ji 1
jf 1
Sb SB 合成为2，3
l f 取值为1，2，3，4 考虑宇称守恒：
i a A 1 li (1)(1)(1)0 1
f b B 1l f 1 1 1l f 1l f
(b) 荷电粒子核反应 由带电粒子入射引起的核反应。
包括： 质子引起的核反应，氘核引起的核反应， 粒子引起的核反应，重离子引起的核反应。
(c) 光核反应 由光子入射引起的核反应。
最常见的是：( , n) 反应。如：9Be( , n)8Be 和 D( , n)1H
此外，还有 ( , np),( ,2n),( ,2 p) 等。
第四章 原子核反应
原子核反应
原子核与原子核、或者原 子核与其他粒子之间的相 互作用所引起的各种变化。
原子核衰变
不稳定核素在没有外界 影响的情况下自发的发 生核蜕变的过程。
卢瑟福(E.Rutherford） 英国物理学家，(1871-1937), 新西兰人,1908年获得诺贝尔
奖。证实了α射线为 2He,β射
即： 1l f 1 l f 只能取偶数。
综合考虑角动量守恒和宇称守恒：l f 可取值为 2 或 4 。
4.2 核反应能和Q方程
第四章 原子核反应
1、核反应能 Q 对核反应： a A B b
静止质量: ma mA mB mb
由能量守恒：
相应动能: Ta TA
TB Tb
(ma mA )c2 (Ta TA ) (mB mb )c2 (Tb TB )
Aa,bB 二体反应
或： a A B b
出射粒子为两个的情况：Aa,b1,b2 B 三体反应
4.1 核反应概述
1、历史上几个著名的核反应
(1) 第一个人工核反应 14N 17O p
或 14N ( , p)17O 1919年，卢瑟福
(2) 第一个在加速器上实现的核反应
p7Li 1932年，考克拉夫和瓦耳顿
反应前后体系的总能量(静止能量和动能 之和) 不变。
即： (ma mA )c2 (Ta TA ) (mB mb )c2 (Tb TB )
4.1 核反应概述
(4) 动量守恒 反应前 后体系的总动量不变。
即：
Pa PA PB Pb
(5) 角动量守恒 反应前后 体系的总角 动量 不变。
定义 反应能Q 为： QБайду номын сангаас Tb TB Ta TA
Mmaa
mA c2
MA c2
mb
Mb
mB
MB
c2
c 2
a A b B
Q > 0 为放能反应； Bb BB Ba BA
Q < 0 为吸能反应。
4.2 核反应能和Q方程
当出射粒子为 射线时，称这类核反应为辐射俘获。
197Au( p, )198Hg 59Co(n, )60Co
2) 按入射粒子分类
(a) 中子反应 由中子入射引起的核反应。
中子反应的特点： 中子不带电，与核作用时，不存在库仑位 垒，能量很低的中子就能引起核反应。
4.1 核反应概述
根据出射粒子的不同，中子反应有： (n, n),(n, n),(n, ),(n, p),(n, ),(n,2n)......
线为电子; 提出了原子的核式 模型;首次实现人工核反应;培 养了10位诺贝尔奖获得者.
第四章 原子核反应
4.1 核反应概述
核反应的一般表达式： A a, b1, b2 , b3,... B 或：a A B b1 b2 A 为靶核； a 为入射粒子； B 为剩余核；b1,b2…为出射粒子。 对于出射粒子为一个的情况：