【{‘担保’}】复合核模型

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[拼音]:fuhehe moxing

[英文]:compound nucleus model

核反应的一种理论模型。它是N.玻尔于1936年提出的。它把核反应看成是先由入射粒子和靶核形成复合核,随后复合核衰变的过程。这种模型的基本假设是:入射粒子把能量迅速分散给入射粒子-靶核系统中所有的核子,达到平衡,形成复合核,其寿命比入射粒子穿行靶核的时间长得多。复合核一经形成,它的衰变由自身的寿命、能量、角动量和宇称等完全决定,而同它形成的历史无关。

这种观念的提出,主要是考虑到低能反应截面随能量变化显示出来的共振特性无法用靶核对入射粒子的平均势来解释。实验上观察到的低能中子截面共振峰的宽度和相邻峰的间距都远小于平均势模型的预言结果,而且中子俘获截面远大于散射截面。按照复合核观念,清晰而尖锐的共振峰的出现,意味著复合核在激发能较低的区域存在分立的准稳能级,共振峰很窄和间距很小表明似稳能级的宽度和能级间距很小,这是涉及到许多核子的强相互作用效应。当复合核基本上处于一个宽度狭窄(寿命较长)的准稳能级时,体系的能量已分配给各个自由度,再集中在一个或少数核子上使之逸出核外的机率较小,因此复合核就可能有较大的机率通过电磁跃迁而退激发,从而使俘获截面增大。

设入射粒子a和靶核A形成复合核C,然后衰变为剩馀核B及出射粒子b:

A+a─→C─→B+b,

则根据基本假设反应截面σab可表示为

σab=σσ(a)Wb,

其中σσ(a)是复合核形成截面,Wb是复合核通过放出粒子b而衰变的机率,后者同复合核的形成历史无关。关于反应截面在一个单独共振峰附近的行为,可以利用布赖特-维格纳单能级共振公式来描述,这种公式原是与N.玻尔的复合核观念同时提出的。精确的实验资料的分析表明,布赖特-维格纳公式能够非常成功地描述单能级共振现象,由此可得到关于准稳能级的寿命和衰变机率等的精确而系统的资料。

随著入射粒子能量的升高,复合核的能级宽度增大,间距变小。当复合核处在不同能级发生重叠的能量区域时,反应截面将依赖于所涉及的不同准稳态之间的相角关系。可采用多能级的布赖特-维格纳公式。当复合核处在能级密度甚高的区域时,由于涉及甚多的准稳态,通常是假定各准稳态对截面的贡献是无规的。可以通过统计的途径建立比较简单的计算平均截面的方法。按照统计理论的截面公式进行计算时,需要知道核能级密度以及相应于各种开道(见核反应)的复合核形成截面(平均截面)等。关于能级密度,通常采用半经验公式表示。复合核形成截面则可以近似地采用核反应光学模型的吸收截面加上各种必要的修正。由统计理论得到的关于复合核反应的主要定性结论如下:发射粒子的角分布(在质心座标系中)呈现出90°对称,能谱近似地具有麦克斯韦速度分布律的形式。以中子核反应为例,与实验结果的比较表明,当能量不甚高,剩馀核只能激发少数能级的情形,统计理论的角分布和激发函式都同实验符合较好,只是需要考虑导致剩馀核的某些低集体激发态的直接核反应的贡献。在入射能量较高时,涉及剩馀核高激发态的能谱和非弹性散射角分布仍然同统计理论的预言一致,对于涉及剩馀核低激发态的情形则不是这样,这是因为直接核反应的贡献佔优势的缘故。

参考书目

W.Pauli,ed.,F. L. Friedman and V. F. Weisskoft,Niels Bohr and the Development of Physics,Pergamon Press,London, 1955.

F. Ajzenberg-Selove, ed., H. Feshbach, Nucleαr Spectroscopy, Part B, Academic Press, New York and London,1960.

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