高能核化學是化學方法和實驗核物理技術研究高能核反應的核化學分支學科，研究對象是高能核反應，套用於製備新核素。
基本介紹
- 中文名：高能核反應機理
- 外文名：High energy nuclear reaction mechanism
- 類型：核化學
- 套用：製備新核素
正文,
正文
高能核反應（見高能核化學）是一個極為複雜的過程，在尚未清楚知道核子的結構、核力、核子在核內的運動和核的結構之前，對其機理的認識只能是粗淺的。
產物核的質量分布高能的核反應過程與低能的有著顯著的不同。以產物核的質量分布而論，如用40兆電子伏的質子轟擊鉍209核，產物核的質量數絕大部分集中於206～208區內,當質子能量升到400兆電子伏時，產物核的質量分布範圍顯著變寬,並粗略地可分為兩區:質量數大於150的核稱散裂產物，在60與140之間的稱裂變產物。當質子能量達到4×103兆電子伏時，質量分布成為一種連續分布，並無明顯的散裂與裂變之分，並且質量數為15～40的核素有較高的產額。能量為4×105兆電子伏質子的結果仍然如此，只是質量數小於30的產物核或出射粒子的產額有所增加。
級聯－蒸發模型也稱塞貝(Serber)模型。如果入射粒子的能量顯著大於核核心子之間的相互作用能量，且其德布羅意波長小於核子之間的平均距離，則它每次只與核內的一個核子碰撞。它在核內只作少數次碰撞而帶著相當一部分的能量離開靶核，有時在一次碰撞中可把一個核子撞出核外。
產物核的質量分布高能的核反應過程與低能的有著顯著的不同。以產物核的質量分布而論，如用40兆電子伏的質子轟擊鉍209核，產物核的質量數絕大部分集中於206～208區內,當質子能量升到400兆電子伏時，產物核的質量分布範圍顯著變寬,並粗略地可分為兩區:質量數大於150的核稱散裂產物，在60與140之間的稱裂變產物。當質子能量達到4×103兆電子伏時，質量分布成為一種連續分布，並無明顯的散裂與裂變之分，並且質量數為15～40的核素有較高的產額。能量為4×105兆電子伏質子的結果仍然如此，只是質量數小於30的產物核或出射粒子的產額有所增加。
級聯－蒸發模型也稱塞貝(Serber)模型。如果入射粒子的能量顯著大於核核心子之間的相互作用能量，且其德布羅意波長小於核子之間的平均距離，則它每次只與核內的一個核子碰撞。它在核內只作少數次碰撞而帶著相當一部分的能量離開靶核，有時在一次碰撞中可把一個核子撞出核外。
被撞的核子也常常得到相當多的能量，它也能象入射粒子那樣與核內其他核子碰撞。這樣就產生了核內的級聯碰撞，在約10-22秒的短時間內發射出幾個核子。得到相當能量的殘留核，則處於激髮狀態，在10-15～10-14秒的較長時間內，蒸發出若干核子和輕核或者進行裂變。
處在高激發態的殘留核容易拋出一些核子，這與受熱液體容易蒸發出分子的過程很相似，因此稱為核蒸發。當入射質子能量約超過 350兆電子伏時，級聯過程還包括 π介子的產生和重新吸收，這將有利於靶核的能量轉移，而使質量數較小的核的產額增加。65Cu(p,pπ+)65Ni是第一個用核化學方法發現的產生 π介子的核反應。用這些過程描述高能核反應，稱為級聯－蒸發模型。
由級聯－蒸發過程產生的核素稱散裂產物，而由級聯－蒸發－裂變過程產生的核素則稱高能裂變產物，這兩個過程本身分別稱為散裂和高能裂變。
散裂 以400兆電子伏的質子轟擊鉍209為例，散裂產物的質量數位於約205～150之間，生成截面的峰位約在質量數為195處,峰的半高寬約為16個質量數。質量數低於峰位的核素的生成截面隨質量數的下降而迅速下降。當入射質子能量升高時，則峰位向質量數降低方向移動，峰高下降，而寬度增大。質量數較低的核素集中於β穩定線(見新核素的合成)附近，質量數較高的產物則處於β穩定線的缺中子的一側,這顯然與蒸發過程有關,並與蒸發計算的結果基本相符。當入射質子能量從約1×104兆電子伏上升到4×105兆電子伏時，散裂截面基本上保持不變。以上情況都可用級聯－蒸發模型解釋。
高能裂變 高能裂變的單峰質量分布與熱中子裂變的雙峰質量分布明顯不同。另外，在前者的裂變產物中含有一些缺中子的核素而後者的裂變產物則都是豐中子核素。再以靶核鉍209為例，當入射質子的能量為400兆電子伏時，裂變產物質量區與散裂產物質量區明顯分開。但當入射質子能量上升到4×103兆電子伏時，則兩區難以分開。然而，用符合測量以及對角分布與角關聯的研究，發現質量數稍低於靶核質量數的一半的產物多半是二裂變的產物，並且是級聯－蒸發－裂變過程的產物。
裂片化(碎裂)級聯－蒸發模型還不能完美解釋在4×103兆電子伏質子轟擊鉍 209時所產生的質量數為15～40的核素的較高產額和它們的能量和角度分布，因此提出入射粒子將靶核切開的機理，稱裂片化（碎裂）。
π 介子反應當入射粒子為正或負π介子時,核內的一對核子可能吸收它並分享它的總能量（包括動能和靜止質量），隨後仍然是級聯－蒸發過程。
星裂在一些顯像的徑跡探測器如核乳膠（類似 X光膠片）、固體徑跡探測器、雲霧室和氣泡室中，可以看到一種形如星芒的徑跡，它顯示了一個級聯－蒸發的過程中發射帶電粒子的情景。
參考書目
G.Friedlander,et al.,Nuclear and Radiochemis-try, 3rd ed.,John Wiley & Sons,New York,1981. L.Yaffe,ed.,Nuclear Chemistry, Vol.2,Academic Press, New York, 1968.
由級聯－蒸發過程產生的核素稱散裂產物，而由級聯－蒸發－裂變過程產生的核素則稱高能裂變產物，這兩個過程本身分別稱為散裂和高能裂變。
散裂 以400兆電子伏的質子轟擊鉍209為例，散裂產物的質量數位於約205～150之間，生成截面的峰位約在質量數為195處,峰的半高寬約為16個質量數。質量數低於峰位的核素的生成截面隨質量數的下降而迅速下降。當入射質子能量升高時，則峰位向質量數降低方向移動，峰高下降，而寬度增大。質量數較低的核素集中於β穩定線(見新核素的合成)附近，質量數較高的產物則處於β穩定線的缺中子的一側,這顯然與蒸發過程有關,並與蒸發計算的結果基本相符。當入射質子能量從約1×104兆電子伏上升到4×105兆電子伏時，散裂截面基本上保持不變。以上情況都可用級聯－蒸發模型解釋。
高能裂變 高能裂變的單峰質量分布與熱中子裂變的雙峰質量分布明顯不同。另外，在前者的裂變產物中含有一些缺中子的核素而後者的裂變產物則都是豐中子核素。再以靶核鉍209為例，當入射質子的能量為400兆電子伏時，裂變產物質量區與散裂產物質量區明顯分開。但當入射質子能量上升到4×103兆電子伏時，則兩區難以分開。然而，用符合測量以及對角分布與角關聯的研究，發現質量數稍低於靶核質量數的一半的產物多半是二裂變的產物，並且是級聯－蒸發－裂變過程的產物。
裂片化(碎裂)級聯－蒸發模型還不能完美解釋在4×103兆電子伏質子轟擊鉍 209時所產生的質量數為15～40的核素的較高產額和它們的能量和角度分布，因此提出入射粒子將靶核切開的機理，稱裂片化（碎裂）。
π 介子反應當入射粒子為正或負π介子時,核內的一對核子可能吸收它並分享它的總能量（包括動能和靜止質量），隨後仍然是級聯－蒸發過程。
星裂在一些顯像的徑跡探測器如核乳膠（類似 X光膠片）、固體徑跡探測器、雲霧室和氣泡室中，可以看到一種形如星芒的徑跡，它顯示了一個級聯－蒸發的過程中發射帶電粒子的情景。
參考書目
G.Friedlander,et al.,Nuclear and Radiochemis-try, 3rd ed.,John Wiley & Sons,New York,1981. L.Yaffe,ed.,Nuclear Chemistry, Vol.2,Academic Press, New York, 1968.
