核医学：第四章 原子核反应

第四章

原子核反应

（AtomicNuclearReaction）

核反应：原子核与原子核，或者原子核与其他粒子（例如中子、光子等）之间的相互作用所引起的各种变化。

1919年，卢瑟福第一次实现了人工核反应1925年，Blackett用云室也实现了这个核反应第一节

原子核反应过程概述一、概论1、核反应方程a+A—b+B简写成A（a，b）B，称为（a，b）反应式中：A－靶核（target）；a－入射粒子；b－出射粒子；B－剩余核（residue）。1、讨论二体反应A（a，b）B。反应道(reactionchannel)：每种可能的反应过程称之为反应道。反应前过程称为入射道，反应后过程称之为出射道。例如：反应；

出射粒子与入射粒子相同的反应称为核散射(Scattering)，其中：总动能守恒称为弹性散射(elasticscattering)；总动能不守恒，一部分成为剩余核的激发能,为非弹性散射(inelasticscattering)。

二、核反应中的守恒定律(1)电荷数、核子数守恒以为例。电荷数：7+2=8+1；质量数：14+4=17+1。(2)能量、动量守恒

（一般靶核为静止，动量为０）。(3)角动量守恒反应前角动量分别为入射粒子、靶核的自旋和两者相对运动轨道角动量。反应后角动量分别为出射粒子、剩余核的自旋和两者相对运动轨道角动量。

(4)宇称守恒反应前宇称；

反应前宇称第二节

核反应机制

（一）、核反应的复合核理论1.复合核模型的基本假设1).按核反应的复合核模型核反应可以分为相互独立的两个阶段：第一阶段是复合核的形成，即入射粒子被靶核吸收，形成一个处于激发态的复合核；第二阶段是复合核的衰变为出射粒子和剩余核。即

复合核模型的基本思路与描述核结构的液滴模型相同。也是把原子核比作液滴。当入射粒子射入靶核后，它与周围核子发生强烈相互作用，能量在核子之间传递，经过无数次碰撞，最后，核子间的能量传递达到了动平衡。至此完成了复合核的形成阶段。可比作液滴的加热。复合核的激发能由入射粒子的相对运动动能（即在质心系的动能）和入射粒子与靶核的结合能之和：复合核形成后，并不立刻进行衰变。起始激发能由个核子平均分配，经多次碰撞，使一个核子具有足够的能量脱离复合核而衰变，需经过。这与液滴中蒸发出液体分子的情况相似，所以，复合核通过发射粒子而退激的过程也叫做粒子蒸发。如激发能足够高，可以以多种方式衰变，而且，复合核辐射出射粒子而衰变成生成核的过程，与复合核形成的方式无关。

（二）、核反应的三阶段理论第一阶段独立粒子阶段第二阶段复合系统阶段表面直接作用、体内直接作用、多次碰撞、集体激发。第三阶段最后阶段第三节核反应能和阈能一、核反应能1.反应能对核反应a+A—b+B

静止质量mamA

mb

mB

相应动能TaTATbTB

由能量守恒

可见，反应能可以由各粒子的原子质量求出，

以核反应为例

得到若为放能反应；为吸能反应。2.Q方程—反应能Q与反应中有关粒子的动能的关系如何由入射和出射粒子求反应能？由动量守恒，且假定靶核静止

利用为粒子动能

代入

以质量数之比代替原子质量之比，得到

可见，在入射粒子动能已知的情况下，只要测量角方向的出射粒子的动能，即可求Q。Q称之为方程。

3.核反应阈能入射粒子的动能除作为反应能外还须提供为反应产物的动能。为此，在质心坐标系（C系）中求解最为方便。表示要使反应能发生，入射粒子在L系中的动能至少等于，并定义为阈能在上述核反应中第四节核反应截面NuclearReactionCrosssection核反应截面－发生核反应概率的大小。.核反应截面假设：讨论对象为薄靶，即靶厚足够小Δx。入射粒子强度为I，由于入射粒子和靶核发生核反应，使得入射粒子的强度减少ΔI。核反应出现的概率越大，入射炮弹的强度减小的越多。入射粒子的强度增大时，ΔI会增大，当单位面积上的靶核数增大时，ΔI也会增大。所以-ΔI∝INS

σ=-ΔI/INS

NS=ρNAΔx/m=NVΔx式中：I入射粒子流强度即单位时间内单位面积入射粒子数；Δx为靶厚；NS单位面积靶核数。NV为单位体积的靶核数。所以

I=I0e–σNvx=I0e-μxΣ表示一个粒子打到单位面积内只有一个靶核的靶发生核反应的概率。其量纲为面积。单位为“靶恩”记为b。1b＝10-24cm2

1b＝10-28m2

2.分截面、总截面1)分截面：为一个反应道的截面，如，，...；2)总截面（截面）；第五节

核反应类型一、

带电粒子引起的核反应1、质子引起的核反应（p，γ）（p，d）（p，n）（p，α）2、氘核引起的核反应1、α粒子引起的