原子核的直观结构(3)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-10
9Be(α,n )12C
⑷Al+He→P+n,P→Si+e+γe或P+e→Si+γe。在此反应道上,α粒子必须正碰铝-27核轴线附近两个相连的中子之一。如图4



图4 27Al(α,n )30P及30P的β+衰变或K俘获
⑸Na+He→Mg+H,此反应与⑷并不矛盾,在此反应道上,α粒子正碰的是钠-23核环上的质子,产生的镁-26核(核环上三个中子不一定直接相连)是稳定的。如图5
图5 23Na(α,P )26Mg
⑹Li+He→B+γ,这是个α粒子的全融合反应。在此反应道上,第二次碰撞时,氘核的质子有能力把对面核子环上中子与中子形成的较弱核键击破并与其中的一个中子成键,而没有发生核子替换打出质子。断环接合成新的稳定的硼核,同时释放成键键能γ光子。如图6


图6 7Li(α,γ)11B
(二) 中子所引起的核反应
⑴N+n→B+He,在此反应道上,入射中子把氮核环上的中子击入核内,同时与两个质子成键达饱和。进入核内的自由中子动能减小,已没有能力发生核子替换,而是挤压对面的核子环,使其变形,从而被两个质子(仍与另一个中子成键)捕获重新成键达饱和,这样就产生了一个系统能量很低的全饱和键态的α轻粒子飞出核外,余下的核子恰能接合成稳定的硼-11核。如图7
图7 14N(n,α)11B
⑵N+n→C+H,C→N+e+e。正碰过程如下图
图8 14N(n,P)14C及14C的β-的衰变
从上图可以看出,在此反应道上,入射中子碰撞的是氮核环上的质子,它代替了击入质子的位置,而自由质子与对面核环上的质子有较大斥力作用,使其有能力发生核子替换(也可能切碰发生反应,直接撞出质子,无二次碰撞),而决不能产生α粒子。这样,一个质子从新核中被蒸发出来。但是,由于轰击中子破坏了原来较强的饱和核键,而形成的是三个中子直接相连的较弱不饱和核键,并仍具有入射方向上的较大动能而不稳定,受到核表面张力的压迫而达到弱作用范围,易发生β-衰变,转变成的质子恰能与其两侧的中子重新形成稳固的饱和核键(符合能量最低原理,是原子核要求体系稳定的具体体现),从而产生了新的稳定的氮-14核。
⑶Al+n→Na+He , Na→Mg+ e+e。正碰如下图
图9 27Al(n,α)24Na及24Na的β-衰变
这样,此过程中就有三种射线释放(α、β、γ射线)。若此反应是切碰发生的,则直接蒸发出两个中子,即Al+n→Al+2n。又如Be+n→Be+2n ,Be→He+He,虽然8Be为全饱和键态的核环,但由于它的核环太小,核子在振动时就有可能碰到一起重新组合成键,恰能形成两个饱和的α轻粒子,这种裂变为8Be核所特有。
(三)质子所引起的核反应
⑴F+H→O+He,产生的新核是稳定的,正碰过程如下图:
图10 19F(P,α)16O
⑵Ni+H→Co+He,产生的新核是稳定的,正碰过程如下图:
图11 58Ni(P,a)55Co
⑶Si+H→P+n,在此反应道上,是切碰发生的(若正碰则打出α粒子),蒸发出的中子是硅-30核环上三个直接相连的中子中间的那个。产生的磷-30核环为全饱和键态,是稳定的。 这种切碰也可能发生掇拾反应,如Li+H→Li+H等反应。
(四)氘核所引起的核反应
⑴Al+H→Mg+He , 产生的新核是稳定的,正碰如下图:

图12 27Al(d,α)25Mg
⑵C+H→B+He,产生的新核是稳定的,正碰如下图:
图13 12C(d,α)10B
⑴与⑵也可能是切碰打出α粒子,可根据蒸发出的粒子方向来判断它们是如何碰撞反应的。
⑶Cl+H→Ar+2n,此反应是切碰的削裂反应,氘核的质子打出37Cl核环上三个直接相连的中子中间的那个,并与两侧的中子成键达饱和。氘核的中子解脱核键后沿原方向继续前进。产生的新核是稳定的。这样就有两个中子被蒸发出来。
⑷Mg+H→Al+n,此反应是切碰的削裂反应,氘核的质子被核环上直接相连的两个中子捕获成键达饱和,它的中子解脱核键后继续沿入射方向飞出。与此类的反应又如Be+H →Be+n,C+H→C+H。但有的削裂反应后的新核会发生β衰变,如C+H→N+n,N→C+e+γe; P+H→P+H,P→S+e+e。
(五)光致反应
高能γ光子也能破坏核键而击出各种粒子,如切碰击出中子的反应:
O+γ→O+n;Mg+γ→Mg+n产生的新核都是不稳定的,会发生β+衰变。如果蒸发出α粒子,则是光子正碰核环上的中子,此中子与对面核子不发生二次碰撞反应而产生的。光致反应还能切碰击出P、d、t等轻粒子,实质就是光子切割下核子环的一小片断产生的。
(六)中等离子间的高能反应
中等离子可被加速器加速而轰击核靶,会产生用轻粒子无法获得的不稳定同位素,如Ca+S→Kr+3n,在此反应道上,由于正碰截面小,轰击离子动能太大,核环上的一个中子把动能直接给同一直线上的靶核的两个对称中子,从而打出三个中子。正碰如下图:

图14 40Ca(32S,3n )69Kr


由于新核环上有三处为质子与质子直接相连,会发生三次β+衰变,由于有两处在核的腰部,因转动动能较大,高能量的质子与质子在核表面张力作用下,不会立即达到弱作用范围内,会延缓衰变的现象。又如Si+Ni→Y+3H,正碰如下图,产生的新核是稳定的。
图15 28Si(58Ni,3P)83Y
如果反应碰撞截面增大,并且为切撞则会打出两个质子与两个中子,如Ca+Ge→Sn+2H+2n,在此反应道上,因能量太高,碰撞后中子与质子之间的核键被破坏,蒸发出来的核子全部为激发态(不易成键),即单个的质子与单个的中子,而不是d、α粒子。产生的新核环为全饱和键态,是稳定的。切碰过程如下图:
图16 40Ca(64Ge,2P2n)100Sn
(七)重核的衰变
如U→Th+He,由于铀-238的核子环不稳定,因高速转动而产生较大的形变,在核环一处变形为扁椭状, 使不饱和核子间有机会重新组合成一个α粒子释放(在剩余核力的作用下),从而使核环向圆环状恢复,但新核环在接合时,恰有三个中子直接相连碰撞,在强大的核表面张力压迫下迅速达到弱作用范围内,使中间的那个中子发生β-衰变转变成质子,重新与两侧的中子成键达饱和。这也有利于新核环向圆环状恢复,新产生的镤-234核是较稳定的,衰变方程为 Th→ Pa+e+e,与此过程相似的又如重核钍-232发生的复杂衰变:Th→Pb+6He+4e+4e,不同的是其中有两次α衰变后,在接合时只有两个中子直接相连,不具备产生β-衰变的条件。
(八)结束语
以上论述是我对核反应过程的直觉认识,当这种认识为大家所验证,并得到认同时,它将成为一种新的理论留予后来者参研。

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