核反应

[拼音]：hefanying

[外文]：nuclear reaction

粒子（如中子、光子、π介子等）或原子核与原子核之间的相互作用引起的各种变化。

核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。现今存在的化学元素除氢以外都是通过天然核反应合成的，在恒星上发生的核反应是恒星辐射出巨大能量的源泉。此外，宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应。自然界的碳14大部分是由宇宙射线中的中子轰击氮14产生的。

1919年英国的e.卢瑟福用天然放射性物质的 α粒子轰击氮，首次用人工实现了核反应。30年代初加速器的出现和40年代初反应堆的建成，为研究核反应提供了强有力的工具。目前已能将质子加速到5×105兆电子伏，将铀原子核加速到约9×104兆电子伏，并能获得介子束。高分辨率半导体探测器的使用，大大提高了测量核辐射能量的精度。核电子学和计算机技术的发展，从根本上改善了数据的获取和处理能力。在过去半个多世纪里，研究过的核反应数以千计，制备出了自然界不存在的放射性核素约2000种，发现了300余种基本粒子，获得了有关核素性质、核转变规律、核结构、基本粒子以及自然界四种相互作用的规律和相互联系的大量知识。

概述

在核反应中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核，核反应发射的粒子称为出射粒子，反应生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核A，发射出射粒子b并生成剩余核B的核反应可用以下方程式表示：

A+a─→B+b

或简写为:

A(a，b)B

若a、b为同种粒子，则为散射，并根据剩余核处于基态还是激发态而分为弹性散射和非弹性散射，用A(a，a)A和A(a， a′)A*表示。给定的入射粒子和靶核能发生的核反应往往不止一种，例如：

每一种核反应称为一个反应道。反应道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道，出射粒子和剩余核组成出射道。同一入射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。如：

发生某种核反应的几率用核反应截面来表征。只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件，核反应才能发生，相应的反应道称为开放的，或简称开道，反之为闭道。核反应过程总是伴随着能量的吸收或释放，前者称为吸能反应，后者称为放能反应。反应能常用Q表示，等于反应后与反应前体系动能之差，可标明在核反应方程式中，例如：

3H+2H→4He+n+Q　　　Q＝17.6MeV

对于吸能反应，仅当入射粒子的动能高于阈能(Eth)时才能引起核反应：

式中ma和mA分别为入射粒子和靶核的质量。带电粒子进入靶核前要穿越靶核附近势能高的区域──库仑势垒，动能高于势垒的入射粒子才有较大的反应截面。当入射粒子相对于靶核运动的轨道角动量不等于零时，还要克服离心势垒，才能进入靶核。

分类

按入射粒子的不同，核反应可分为三类：

（1）中子核反应，如中子的弹性散射(n，n)、非弹性散射(n，n′)，中子的辐射俘获(n， γ)，发射带电粒子的核反应(n，p)、(n，α)等，又如中子裂变反应(n，f)，发射两粒子的核反应(n，2n)、(n，pn)等；

（2）带电粒子核反应，如质子引起的核反应(p， γ)、(p， n)、(p， p)、(p， p′)、(p，α)、(p，2n)等，氘核引起的核反应(d，n)、(d，p)、(d，α)等，α粒子引起的核反应(α，n)、(α，2n)、(α，p)等，重离子引起的核反应(12C，4n)、(22Ne，6n)等；

（3）光核反应，即光子引起的核反应，如(γ， n)、(γ， p)、(γ， α)及(γ，f)等。

按入射粒子的能量，核反应又可粗分为三类：

（1）低能核反应，入射粒子能量低于108电子伏，对于较轻的重离子， 每个核子平均能量低于107电子伏（如108电子伏的碳12核），也属于低能核反应的范畴，低能核反应的出射粒子的数目最多为3～4个；

（2）中能核反应，入射粒子能量在108～1010电子伏之间；

（3）高能核反应，入射粒子能量大于1010电子伏。

核反应机理

由于对核力的本质还没有完全研究清楚，对于核反应机理的描述还只能是唯象的，即通过总结实验结果建立核模型（见低能核反应机理、高能核反应机理）。

参考书目
  1. E.Segré，Nuclei and Particles，2nd ed.， Benjamin， Reading， Mass.， 1977.
  2. 卢希庭主编：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。
  3. P. E. Hodgson， Nuclear Reactions and Nuclear Structure，Clarendon Press， Oxford， 1971.

参考文章

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