原子核反应PPT课件

1、原子核反应u核反应概述核反应概述uQ方程方程u核反应截面及产额核反应截面及产额u细致平衡原理细致平衡原理u光学模型光学模型u复合核模型复合核模型核反应概述u几个著名的核反应几个著名的核反应D第一个人工核反应：（1919）D第一个在加速器上实现的核反应：（1932）O),N(ON17141714ppHe),Li(Li477pp核反应概述D产生第一个人工放射性核素的核反应：（1934）D导致中子发现的核反应：（1930）P),Al(PAl30273027nnC),Be(CBe129129nn核反应概述u核反应分类：核反应分类：D按轰击粒子能量分类： 低能（140MeV)、中能（1GeV)D按轰击粒

2、子种类分类： 中子核反应、质子核反应、光核反应、轻离子核反应、重离子核反应D按靶核的质量分类： 轻核反应（A 30)、中核反应（30 90)核反应概述u反应道反应道u守恒律守恒律：电荷守恒、核子数守恒、角动量守恒、能量守恒、动量守恒LiBeLiLi5775.07MeVMeV89. 1keV 500 7tnppQ方程及其应用u反应能反应能QBBbbAAaaEcMEcMEcMEcM2222结合能动能静止能量)()()()()(2AaBbAaBbBbAaBBBBEEEEcMMMMQ吸能反应放能反应00QQ*BEQQ剩余核处于激发态Q方程及其应用uQ方程方程D能量和动量守恒关系 DQ方程：LLPaPb

3、PBABbaBbaaBbEEEQPPPLBbabaaBabBbMMMEEEMMEMMQcos2) 1() 1(Q方程及其应用D若剩余核处于激发态， Q用Q代替；此时，在同一角度下可以测量到几个Eb，进而计算不同激发态的激发能。D若方程右面各参数已知，可以求反应能；DQ方程可以用于靶核质量的测量；LBbabaaBabBbAAAEEEAAEAAQcos2) 1() 1(Q方程及其应用uQ方程的讨论方程的讨论D出射粒子动能是出射角的函数D由u2w0有DQ0, 无阈能限制；DQ0, BbBaaBLBbabaLbMMQMEMMMMEMMuuuE)(cos)(2wwAAathaBbBbthMMMQEMMM

4、MMQEQ方程及其应用u临界能量临界能量D临界能：D对Q0, 存在临界能量Ecr,当EthEa Ecr时， Eb有双值。D此时出射角有极大值：aBBcrMMQME)()(cos2/1BbabaLMMMMMMwQ方程及其应用uL系和系和C系的转换系的转换D质心系能量：aaAaccaAcaaAAacAavMMMvvMMEEMMMvEEEEE22)(2121EEQEEQEEEEEEBbAacBbQ方程及其应用D散射角：Lcvbvcvb2/121)cos1 (coscos)sin(sinccLbcLLcvvQ方程及其应用D 值的计算212/12/1)()(MMQEEAAAAQEEMMMMBAbaBAb

5、a弹性散射：Q方程及其应用D运动学因子2122122101sincosMMMMMKEEEEKaAAaLLab核反应截面和产额u核反应截面核反应截面D截面截面单位：单位：1靶（靶（b）=10-24cm2NtnnNnnirSir单位面积内的靶核数入射粒子数数）出射粒子数（反应粒子核反应截面和产额u核反应产额核反应产额D核反应产额与靶厚度的关系：（无能量损失近似）：（无能量损失近似）NtrNtennYentnxNxnxn1)(d)()(d00irnnY入射粒子数反应粒子数核反应截面和产额u微分散射截面微分散射截面D一个入射粒子到单位面积上，发生核反应后，在某一方向上的单位立体角内产生出射粒子的几率。

6、dNndnddSirabab单位面积内的靶核数入射粒子数粒子数方向单位立体角的出射在),(),(核反应截面和产额D分截面：某一特定反应道的积分截面D角分布： 020),(sin),(),(dddbaabab20),()(dabab核反应截面和产额D总截面：D激发曲线：反应截面随入射粒子能量的变化D核反应能谱：对特定的反应道，不同出射粒子能量所对应的反射截面。),(babt核反应截面和产额uL系和系和C系中微分截面的转换系中微分截面的转换DC系中微分截面的特征：各向同性，90o对称，前倾，后倾等)()sin1cos(sin1)()(cos1)cos21 ()(222222/32LLLLLcccc

7、ccLL细致平衡原理u细致平衡原理：细致平衡原理：D只对质心系成立，且要求正、逆过程的入射粒子必须能量匹配；对微分截面要求满足角度匹配。222222) 12)(12() 12)(12(EPEPIIPIIPbBAaAaBb 细致平衡原理D能量匹配：逆过程中的入射道质心能量等于正过程中的出射道质心能量。D角度匹配：在质心系中，正过程中出射的b粒子的角度等于逆过程中出射的a粒子的角度。QEEE正正逆2/11)sin(sin正正正正正正正逆正QEEMMMMBAbaLLcc细致平衡原理u角度匹配的逆关系：正逆逆逆逆逆逆逆逆逆QQQEEMMMMBAbaccL2/12cos21coscos光学模型u核反应过

8、程的三阶段图像核反应过程的三阶段图像D独立粒子阶段D复合系统阶段D最后阶段光学模型u光学势光学势D入射粒子与原子核的相互作用类似于光波在半透明物质中的传播，一部分透过（散射），另一部分被吸收（核反应）D纯实数势不能产生入射粒子的吸收D方阱复势：RrRriWVrV0)()(0光学模型u光学模型的应用光学模型的应用)1)(2)(20)(2002020222VEWiVEhiWVEhKeiWVEdxdiKx光学模型D薛定谔方程的解薛定谔方程的解：01202121021)(2VEWKKVEhKiKKKVEW时：当光学模型D核反应几率：（吸收几率）D平均自由程：LxxKee/22210221WKVEKL光

9、学模型复合核模型u基本思想基本思想D核反应过程：复合核形成+复合核衰变D复合核处于激发态，并在外界入射粒子的作用下发生共振；D复合核的衰变方式与形成无关。D反应截面：衰变形成复合核模型u实验证据：D截面关系：ZnZn2ZnZnNiCu626263*646063pnnnpZn)2 ,Ni(Zn)2 ,Cu(Cu),Ni(Cu),Cu(Zn),Ni(Zn),Cu(626062636260626363606363nnppnpnpnnp复合核模型u反应截面的实验比较复合核模型u复合核的特征D复合核寿命：复合核从形成到衰变的过程与入射粒子直接穿透靶核的时间（10-22s）相比是一个慢过程，其特征时间为10-19 -10-14s。D复合核衰变时的出射粒子角分布在质心系具有90o对称。D出射粒子的能谱具有统计特征，服从统计分布规律：kTEbbbeAEEf/)(复合核模型u共振能级与激发态BbAa*C2*)(cMMMBEmmmEBEECAaaAaAaAaA结合