В ядерных реакциях выполняются законы сохранения, накладывающие ограничения на характеристики вторичных частиц.

Закон сохранения электрического заряда ( ¹ – некоторое целое число, – элементарный заряд) означает, что суммарный электрический заряд частиц в результате реакции не изменяется:

где величины без штриха относятся к электрическим зарядам частиц до столкновения, штрихованными буквами обозначены числа, кратные электрическим зарядам образовавшихся в результате реакции частиц.

Закон сохранения барионного числа (заряда) требует выполнения равенства

где и – барионные числа частиц начального состояния реакции, , , – барионные числа вторичных частиц. Закон сохранения барионного заряда для реакций с участием нуклонов и ядер при не слишком высоких энергиях сводится к сохранению суммарного числа нуклонов.

Поскольку сталкивающиеся частицы с большой степенью точности считаются изолированной системой, для нее выполняются законы сохранения полной энергии и импульса:

Здесь полная энергия и импульс начальных частиц приравниваются соответственно полной энергии и импульсу вторичных частиц. При этом учтено, что полная энергия системы свободных невзаимодействующих частиц есть сумма полных энергий каждой из этих частиц. В свою очередь, полная энергия свободной частицы есть сумма ее кинетической энергии и энергии покоя (см. ). Импульс начального и конечного состояний реакции есть векторная сумма импульсов частиц рассматриваемого состояния.

В результате реакции суммарная кинетическая энергия частиц может изменяться за счет изменения их энергии покоя. Величина

т.е. разность суммарных энергий покоя начальных и конечных частиц, называется энергетическим выходом ядерной реакции или кратко энергией реакции ².

Значение энергии реакции остается неизменным при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Поэтому величина служит однозначной характеристикой реакции безотносительно к системе отсчета, в которой наблюдается процесс. Знак определяет характер энергетического баланса реакции. Положительным значениям этой величины отвечает возрастание суммарной кинетической энергии частиц, происходящее за счет уменьшения их суммарной энергии покоя. Такие реакции называются экзоэнергетическими. К эндоэнергетическим реакциям относят реакции, в которых сумма энергий покоя вторичных частиц больше суммы энергий покоя начальных частиц. В этом случае суммарная кинетическая энергия частиц уменьшается, а энергия реакции становится отрицательной.

Эндоэнергетическая реакция может идти, начиная с некоторого значения суммарной кинетической энергии сталкивающихся частиц. Эта энергия носит название порога реакции. Порог реакции соответствует минимальному значению суммарной кинетической энергии образовавшихся в результате взаимодействия частиц. Равенство нулю кинетических энергий продуктов реакции возможно только в системе их центра инерции ³. Поэтому пороговую энергию можно найти из условия, что все вторичные частицы в системе их центра инерции покоятся.

Порог эндоэнергетической реакции в системе отсчета, где частица с массой налетает на покоящуюся частицу с массой , определяется следующим общим выражением

⁴

В нерелятивистском приближении

>>Контрольные вопросы и задания

Оглавление <<

1. Для ядер число – их порядковый номер.
2. В зарубежной литературе довольно часто употребляется термин -фактор (reaction -factor или reaction -value).

   В условной записи ядерной реакции может быть указана величина энергетического выхода. Например, МэВ (энерговыделение отрицательное) или МэВ (энергия реакции положительна).

3. Система центра инерции – система отсчета, векторная сумма импульсов частиц в которой равна нулю. В нерелятивистском приближении эта система отсчета есть система центра масс.
4. Threshold energy.