第3章原子核反应

三、核反应的分类
A a,b1,b2,b3,... B
（一）按出射粒子分类：核散射和核转变
弹性散射
核散射：出射粒子与入射粒子相同的核反应。
(剩余核与靶核构成相同)
非弹性散射
核转变：出射粒子与入射粒子不同的反应。
(剩余核不同于靶核) • 弹性散射：
散射前后系统的总动能相等，原子核的内部能量状态不 发生变化。一般表示式为：
如：238U (n, )239U 239Np 239Pu
• 带电粒子核反应： 入射粒子是带电粒子的核反应。
• 特点： 粒子能量高，最高可达1021eV（人工办法难实现）； 粒子的强度很弱，能观测到核反应的机会极小。
(3) 利用带电粒子加速器或反应堆来进行核反应。
如： p7Li 即 7Li( p, )4He
• 特点： 粒子种类多，能量范围大，且连续可调。 能量达几百MeV~GeV/A (单核子能量)，放射性束流技术。
的过程。
各式各样的核反应是产生不稳定原子核的最根本途径。
核反应产生的现象丰富多彩，如：轻粒子（不比α粒子 更重的粒子）引起的核反应就有几千种。因而，核反应可在 更广泛的范围内对原子核进行研究。
原子核反应的表示方式：
核反应的一般表达式为： A a, b1, b2 , b3,... B
或： a A B b1 b2
• 核转变：
12C( p, p' )12C*
出射粒子与入射粒子不同的反应。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：A(a, b)B
如： 27 Al(, n)30P 30P30Si e
当出射粒子为 射线时，称这类核反应为辐射俘获。
如： 59Co(n, )60Co 197Au( p, )198Hg
§3.1 §3.2 §3.3 §3.4
核反应概述 核反应能 核反应截面与产额 核反应的三阶段描述和核反应机制
*第3.1节 核反应概述
一、核反应的含义
原子核反应：
原子核与原子核，或者原子核与其它粒子（例如中子、γ 光子等）之间的相互作用所引起的各种变化。
• 比较—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
计算得到，产生6MeV的质子，需60MeV的光子，这样 高能的光子无法从+9Be的核反应中得到。
1932年，Chadwick重复实验，比较反冲能： n H、He、N …
证明了在+9Be核反应中产生的是质量与质子差不多的中性 粒子，称之为中子。
二、实现核反应的途径
发生核反应的条件：
原子核或其它粒子（如中子、γ光子等）必须足够接近另 一个原子核，一般须达到核力作用范围之内，即<10-12cm。
(1)
第一个人工核反应：
4 2
He(
)174N
187O11H
(
p)
或 14N (, p)17O
214Po α 7.68 MeV
1919年，卢瑟福
(2) 第一个在加速器上实现的核反应： 7Li( p, )4He
p7Li 1932年，考克拉夫和瓦耳顿
(3) 导致发现中子的反应： 9Be n12C
（二）按入射粒子分类
A a,b1,b2,b3,... B
分为中子核反应、带电粒子核反应和光核反应。
• 中子核反应： 入射粒子是中子的核反应。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。
根据出射粒子的不同，中子反应有：
中子弹性散射：(n, n) ；中子非弹性散射：(n, n' ) 中子辐射俘获：(n, ) ； (n, p); (n, ); (n,2n)......
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 2.5min 30Si
发现中子的核反应（1930年）：
9Be n12C(24He49Be n162C)
产生穿透力很强的中性粒子，当时认为是光子。 将中性粒子打在石蜡上，产生了6MeV的质子。
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，表达为：
Aa,bB 或：a A B b 二体反应
• 对于出射粒子为两个的情况，表达为：
Aa,b1,b2 B 或：a A B b1 b2 三体反应
历史上几个著名的核反应：
稳定的原子核也可以转变为不稳定的原子核，但不能自发 产生，而是通过核反应形成。
核衰变与核反应的能级区别：
核反应过程对原子核内部结构的扰动以及牵涉到的能量变 化一般要比核衰变过程大得多。
核衰变：只涉及低激发能级，(3~4)MeV以下; 核反应：涉及高激发能，核子的分离能以上，>几百MeV。
核反应是获得原子能和放射性核的重要途径，对它的研究 具有很大的实际意义。
成都理工大学核自院 主讲教师: 田晓峰
主要参考教材
• 核辐射物理基础
樊明武等编著 暨南大学出版社（2010年）
• 原子核物理（修订版）
卢希庭等编著 原子能出版社（2000年）
*第三章 原子核反应
前面讨论的核衰变是不稳定的原子核自发发生的转变。转 变的方向总是朝着稳定的原子核的方向发展，最后变成稳定的 原子核。
实现核反应的三个途径：
(1) 用放射源产生的高速粒子去轰击原子核。
如：1919年卢瑟福用214Po放出的α粒子去轰击氮原子核：
4 2
He(
)174N
187O11H
(
p)
• 用放射源提供入射粒子来研 究核反应的特点：简单；入射粒 子种类很少，强度不大，能量不 高且不连续可调。（现很少用）
(2) 利用宇宙射线来进行核反应。 宇宙射线是指来自宇宙空间的高能粒子。
A a A a 或 A(a, a)A
如：质子被碳核散射，散射后的碳核仍处于基态：
12C( p, p)12C
• 非弹性散射： 散射前后系统的总动能不相等，原子核的内部能量状态
发生变化。一般表示式为：
A a A* a'或A(a, a' ) A* （剩余核处于激发态）
如：质子被碳核散射，散射后ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ碳核处于激发态：