Закон сохранения барионного заряда Ядерные реакции

Закон сохранения барионного заряда (числа нуклонов – сохраняется сумма верхних импульсов)

Нетрудно проверить эти законы для одного из вариантов реакции деления:

.

(4.4.2)

Продукты реакции Хе и Sr сильно перегружены нейтронами по сравнению с «нормой» (например, в составе ядра Хе¹⁴⁰  имеется 86 нейтронов вместо 78 у стабильного изотопа Xe¹³²), поэтому они b^‑-активны.

Применение законов сохранения для b^‑-распада ¹⁴⁰Xe:

; 140 = 140 + 0 , 54 = 55 + (-1).

Запись  означает, что это – частица с отрицательным электрическим зарядом, равным одной единице элементарного заряда, и нулевым барионным зарядом.

В твердых телах атомные ядра при их малых размерах (<10^-12см) удалены друг от друга на расстояния ~ 10^-8см. Малое значение химической энергии связи позволяет считать систему из двух взаимодействующих ядерных частиц замкнутой (изолированной). В соответствии со вторым законом Ньютона изменение импульса системы тел

.

(4.4.3)

В замкнутой системе равнодействующая всех сил, действующих на систему, равна нулю и поэтому сохраняется полный импульс и, следовательно, полная энергия системы частиц.

Закон сохранения энергии для ядерной реакции записывается следующим образом:

E1  = E2 ,

(4.4.4)

т.е. полная энергия системы частиц до реакции равна полной энергии системы образовавшихся частиц:

E01 + T1 +U1 = E02 + T2 + U2,

(4.4.5)

где (для процесса (4.4.1)): E₀₁ = m_a + M_A  и  E₀₂ = m_b + M_B –суммарные массы покоя (в энергетических единицах) частиц до и после реакции; Т₁ = Т_а + Т_А  и  Т₂ = Т_b + T_B – суммарные кинетические энергии частиц, вступивших в ядерную реакцию, и возникших в результате реакции; U₁ и U₂ – потенциальные энергии взаимодействия  между собой частиц до и после реакции. Поскольку наблюдения за частицами ведут на макроскопических расстояниях, то на таких расстояниях их взаимная потенциальная энергия равна нулю.

Величина

Q = E01 - E02 = T2 - T1

(4.4.6)

называется энергией реакции. Очевидно, что величина Q не зависит от выбора системы координат, т.к. определяется разностью масс покоя.

Если Q > 0, то реакция сопровождается увеличением суммарной кинетической энергии частиц за счет уменьшения массы (энергии) покоя системы и называется экзоэнергетической. Экзоэнергитические реакции могут идти при любой кинетической энергии частиц, вступающих в ядерную реакцию.

Если Q < 0, то реакция сопровождается увеличением энергии покоя за счет уменьшения суммарной кинетической энергии частиц и называется эндоэнергетической. Эндоэнергетические реакции обладают энергетическим порогом – минимальной величиной кинетической энергии частиц, необходимой для рождения продуктов заданного канала реакции (см. ниже).

Случай Q = 0 соответствует упругому рассеянию частиц. Состав входного и выходного каналов при этом не изменяется, не изменяется сумма энергия покоя частиц и их кинетической энергии.

Закон сохранения импульса в ядерной реакции (4.4.1):

,

(4.4.7)

т.е. полный импульс системы частиц до реакции равен полному импульсу частиц, возникших в результате реакции. Для реакции (4.4.1)

.

(4.4.8)

Точно так же сохраняется и полный момент,состоящий из суммы относительного, то есть орбитальногомоментадвижения каждой из частиц относительно центра инерции системы,и собственных моментов частиц (спинов):

(4.4.9)

Закон сохранения четности в ядерной реакции записывается в виде

(4.4.10)

где буквой Р обозначены соответствующие собственные четности частиц, а и - четность орбитального движения. Так же как и другие законы сохранения, закон сохранения четности накладывает ограничения на возможность протекания реакции.

При упругом рассеянии собственные четности частиц не изменяются. Поэтому из (4.4.10) следует, что при упругом рассеянии l может изменяться только на четное число.

В ядерных реакциях выполняется также закон сохранения суммарного изотопического спина частиц (см. §1.10), что приводит к определенным правилам отбора по изоспину.

 

Учет движения ядра Атомные ядра представляют собой квантовые системы нуклонов, связанных между собой ядерным взаимодействием. Свойства атомных ядер определяются совместным действием сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий. Адиабатический процесс. Политропный процесс Адиабатическим называется процесс, при котором отсутствует теплообмен (dQ=0) между системой и окружающей средой. К адиабатическим процессам можно отнести все быстропротекающие процессы. Например, адиабатическим процессом можно считать процесс распространения звука в среде, так как скорость распространения звуковой волны настолько велика, что обмен энергией между волной и средой произойти не успевает. Адиабатические процессы применяются в двигателях внутреннего сгорания (расширение и сжатие горючей смеси в цилиндрах), в холодильных установках и т. д.
Строение и общие свойства атомных ядер Ядерная физика Электрические цепи в постоянного и переменного тока