jm_2_3

3.2 Typy jaderných reakcí

Jaderné reakce je možno třídit podle různých kriterií. Jednou z možností je třídění podle energie reakce.

je přebytek celkové kinetické energie částic po jaderné reakci nad celkovou kinetickou energií částic před reakcí, tedy

Vzhledem k platnosti zákona zachování energie a Einsteinova vztahu ekvivalence je možno určit energii reakce z rozdílu součtů klidových hmotností všech částic před reakcí a po reakci, tj.

kde , resp. jsou klidové hmotnosti částic před reakcí, resp. po reakci.

Poznámky

Často se pro energii reakce používá méně vhodný termín „energie uvolněná při reakci“.

Hodnota se často uvádí ve schématu jaderné reakce – buď nad šipku, nebo s příslušným znaménkem za poslední symbol částice na pravé straně schématu.

Dělení jaderných reakcí podle energie reakce

Je-li > 0 , hovoříme o exoenergetické (exotermické, exoergické) reakci.

Je-li < 0 , hovoříme o endoenergetické (endotermické, endoergické) reakci.

Úkol k textu naleznete zde.

Speciálním typem reakcí jsou binární srážky popsané následujícím schématem.

Binární srážky

nebo v ekvivalentní kompaktní formě

X(a,b)Y,

kde a je nalétávající částice (nebo lehké jádro), X je terčíkové jádro, Y je dceřinné jádro a b je emitovaná částice.

Poznámky

Taková reakce probíhá obvykle přes složené jádro, které je nestabilní.

Reakce s nabitými částicemi probíhají hůře v důsledku Coulombické odpudivé interakce.

Dobře naopak probíhají reakce s neutrony, které nemusí překonávat Coulombické síly.

Příklad binární srážky

Binárními srážkou je například následující reakce:

, , .

Speciálním typem binárních srážek je r ozptyl, při němž se nemění typy zúčastněných částic, tedy X(a,a)X. Rozptyl může být pružný (elastický) nebo nepružný (neelastický).

Pružný rozptyl

je rozptyl, během něhož se nemění vnitřní pohybový stav zúčastněných částic, tj. nedochází k excitaci či deexcitaci částic.

Může docházet tedy pouze k předání translační kinetické energie mezi částicemi a vzájemné transformaci interakční a translační kinetické e nergie během interakce částic.

Nepružný rozptyl

je rozptyl, v jehož průběhu dochází ke změně vnitřního pohybového stavu částic (tj. k excitaci či deexcitaci), nedochází však k přeměně částic (na jiné typy částic).

U nepružného rozptylu tedy může docházet k vzájemné transformaci jednotlivých složek energie, tj. kinetické translační, kinetické rotační, klidové a interakční energie částic.

Dalším typem binárních sráž ek jsou reakce s účastí fotonu, mezi něž patří radiační záchyt a jaderný fotoefekt.

Radiační záchyt

je jaderná reakce, při níž dochází k pohlcení lehké částice a jádrem a následnému uvolnění energie ve formě kinetické energie záření g, tedy

Zachycenou částicí a může být např. neutron, elektron slupky K (radiační záchyt elektronu, nebo též radiační K záchyt) i jiné částice.

Příklad radiačního záchytu

Jako příklad radiačního záchytu nám mohou posloužit některé reakce, které jsou součástí tzv. uhlíkového cyklu: a .

Jaderný fotoefekt

(též fotojaderná reakce) je jaderná reakce, při níž dochází k pohlcení kvanta záření g (fotonu) a následnému uvolnění lehké částice a (např. p, n, a aj.), tedy

Příklad jaderného fotoefektu

Jaderným fotoefektem je např. fotodisociace deuteronu .

Radiační záchyt i jaderný fotoefekt představují endoenergetickou reakci.

Jaderné reakce mohou též probíhat jako tzv. řetězové reakce.

Řetězová reakce

je sled na sebe navazujících jaderných reakcí stejného typu, u kterých část produktů (částic) uvolněných při předchozí jaderné reakci vstupuje opět do reakce s dalšími jádry.

…
1. jádro X 2. jádro X 3. jádro X

Do reakce s částicí a, která vznikla předchozí reakcí, vstupuje vždy další jádro X.

Poznámky

Jádra X tedy představují „palivo“ a jádra Y „popel“ jaderné reakce.

Jedná se vlastně o analogii katalýzy v chemii.

Někdy může jít též o sekvenci či cyklus opakujících se reakcí.

V případě, že v jednotlivé reakci vzniká více částic a potřebných pro iniciování nové reakce, může v případě dostatečného počtu terčíkových jader Y a při splnění dalších nutných podmínek dojít k lavinovitému nárůstu (geometrickou řadou) počtu jednotlivých reakcí, které probíhají v daném časovém okamžiku. Hovoříme pak o lavinovité řetězové reakci.

Jednou iniciovaná řetězová reakce může probíhat samovolně pouze v případě, že je tvořena sledem exoenergetických reakcí. Samozřejmě v závislosti na typu reakce musí být opět splněny i další podmínky nutné pro uskutečnění jednotlivé reakce v řetězu.

Příklad řetězové reakce

Jako řetězová reakce může probíhat např. štěpení uranu. Roli částic a zde hrají neutrony, jádra X jsou jádra uranu (viz obrázek).

Dalším způsobem klasifikace jaderných reakcí je dělení jaderných reakcí na reakce štěpné a slučovací. Podívejme se nejdříve na reakci štěpnou.