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 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: Q = -931,5 m (v MeV)(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  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 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  - účinný průřez [m2], stará jednotka 1 barn = 10-28 m2 (vyjadřuje pravděpodobnost zásahu terčového jádra, zpravidla se liší svou hodnotou od geometrického průřezu).  závisí:  na energii projektilu,  na typu jaderné reakce  na excitační funkci 4 Reakce  (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 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  aktivita vznikajícího nuklidu roste zpočátku poměrně rychle  vzniká-li radioaktivní nuklid, dochází během ozařování k jeho úbytku vlastní přeměnou  během delšího ozařování aktivita limituje ke konstantní hodnotě – nasycená aktivita As (obdoba trvalé radioaktivní rovnováhy)  delším ozařováním nelze získat delší aktivitu, není to ekonomické  As je dána typem ozařovacího zařízení, terčem, druhem projektilu a jeho energií  pokud vzniká radionuklid s dlouhým poločasem přeměny (tj. rychlost jeho přeměny je ve srovnání s rychlostí jeho vzniku malá), pak se soustava chová jako by vznikal stabilní nuklid – delší ozařování se tedy projeví větším výtěžkem 6 As = N 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  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