6. JADERNÉ REAKCE Jadernou reakcí se rozumí binukleární proces přeměny jádra. 1 Zkrácený zápis jaderných reakcí umožňuje snadné členění reakcí na reakce typu: (,p); (,n); (n,); (d,p), aj. Platí zákony zachování: ·nábojového, nukleonového, protonového čísla ·energie ·hybnosti [USEMAP] [USEMAP] Energetika jaderných reakcí • exoergické (energie se uvolňuje, samovolné přeměny) • Reakce • endoergické (energie se musí dodat – zpravidla ve formě kinetické energie jaderného projektilu) • • Rozhodující pro určení energie procesu je porovnání klidových hmotností částic před reakcí a po ní: (Energie je ekvivalentní hmotnostní jednotce) Reakce proběhne, jestliže má projektil tzv. (její velikost lze odvodit ze zákona zachování hybnosti) prahovou energii ·výtěžek jaderné reakce při prahové energii projektilu je malý · ·prakticky se reakce provádí s jaderným projektilem o vyšší energii, než je energie prahová · ·výtěžek jaderné reakce je funkcí energie jaderného projektilu (excitační funkce) 2 [USEMAP] [USEMAP] · ·exoergické reakce nemívají prahovou energii ·u kladných projektilů je však nutná jistá kinetická energie, aby se překonala coulombická bariéra ·exoergické reakce neutronů probíhají s největším výtěžkem při „nulové“ kinetické energii neutronů ·někdy se pravděpodobnost reakce zvyšuje – rezonance (odpovídá např. energetickým hladinám nukleonů apod.) · 3 [USEMAP] [USEMAP] Charakteristiky jaderných reakcí Okamžitá rychlost jaderné reakce - časová změna (přírůstku) počtu atomů ozařováním vznikajícího nuklidu (N*) dt R  dN *   N  - tok částic (počet projektilů dopadajících na plošnou jednotku terče za časovou jednotku) N - počet terčových jader s- účinný průřez [m2], stará jednotka 1 barn = 10-28 m2 s (vyjadřuje pravděpodobnost zásahu terčového jádra, zpravidla se liší svou hodnotou od geometrického průřezu). szávisí: s ·na energii projektilu, ·na typu jaderné reakce ·na excitační funkci · 4 Reakce s (m2) Pozn. 10B(n,)7Li 3,8.10-25 pomalé neutrony 238U(n,)239U 2,7.10-28 pomalé neutrony 249Cf(15N,4n)260Rf 3.10-33 vliv coulombické bariéry [USEMAP] Výtěžek jaderné reakce B = poměr počtu vznikajících atomů k počtu projektilů dopadajících na terč (plocha terče je S) dt  S S ·velké výtěžky jsou typické pro exoergické reakce pomalých neutronů ·výtěžek reakce se zpravidla vyjadřuje aktivitou vzniklého radionuklidu · 5 B  dN *  1   N Závislost počtu atomů vzniklých jadernou reakcí ozařováním (N*) na době ozařování, R je „rychlostní“ konstanta, vyjadřuje následující vztah N* = Rt = Nt [USEMAP] 6 As = N [USEMAP] [USEMAP] Průběh jaderné reakce Při proniknutí projektilu do jádra vzniká složené jádro (vychází z kapkového modelu jádra). Vzniká při pohlcení jaderného projektilu terčovým jádrem 14 N4 He [18 Fexcit ] 7 2 9 s ·excitační energie pochází z kinetické energie projektilu a z vazebné energie, která se uvolní při zachycení projektilu · ·tato energie se rovnoměrně rozdělí mezi nukleony · ·energie nukleonů se při vzájemných srážkách neustále přerozděluje · ·může se stát, že některý nukleon získá takovou energii, která mu umožní opustit složené jádro  nastává druhá fáze procesu (přeměna složeného jádra) 7 [USEMAP] ·excitační energie složeného jádra se zmenší o vazebnou a kinetickou energii emitované částice · ·je-li excitační energie složeného jádra značná, může se uvolnit i více nukleonů · reakce typu (, pn), (n,2n), (těžký ion, 4n) ·nadbytečná energie, která již nestačí k emisi nukleonu, se vyzáří jako fotony  - záření (jediný způsob deexcitace u nízkých excitačních energií … reakce typu (n,) ·doba života složeného jádra je 10-16 - 10-14 s – doba dostatečná k přerozdělení energie · ·osud složeného jádra nezávisí na jeho vznik a při přeměně složeného jádra mohou vznikat různé produkty 8 ·různými reakcemi může vznikat tentýž nuklid [USEMAP] [USEMAP]