KURZUS: Bevezetés a nukleáris technikába

MODUL: II. modul: Magmodellek, magreakciók és az atommagok radioaktív átalakulásai

6. lecke: Magreakciók

| Feldolgozandó:
A magreakciók általános törvényei (Sükösd 7.1.: 169-175. old.) A hatáskeresztmetszet fogalma és tulajdonságai (Sükösd 7.2.: 175-181. old.) A magreakciók mechanizmusa (Sükösd 7.3., 181-187. old.)
Tanulási célok:
A lecke anyagának feldolgozása után ismerni fogja:
a magreakciók során megmaradó fizikai mennyiségeket. a reakció energia és az aktiválási energia fogalmát. a magreakciók kinematikai leírását laboratóriumi és tömegközépponti koordinátarendszerben. a mikroszkopikus, a makroszkopikus hatáskeresztmetszet és a gerjesztési függvény fogalmát és tulajdonságait. a magreakciók lefolyására vonatkozó modelleket.
A lecke anyagának rövid összefoglalása
Magreakció során általában két atommag ütközik és az ütközés után valamilyen más atommagokból álló végállapot alakul ki. Magreakcióknál az alábbi mennyiségek megmaradását kell figyelembe venni: nehézrészecske-szám, elektromos töltés, könnyűrészecske-szám, energia, perdület és a lendület.
A magreakciók energiaviszonyainak tárgyalásakor jelentős szerepe van a reakcióenergiának. A reakcióenergia akkor pozitív, ha a reakció után a részecskék összes mozgási energiája nagyobb, mint előtte. Ebben az esetben a reakciót exoterm reakciónak hívjuk. Ha a reakcióenergia negatív, azaz a reakció endoterm, akkor a reakció csak akkor tud végbemenni, ha a kiinduló részecskék mozgási energiája elég nagy, tehát a reakciónak van egy energiaküszöbe. Bizonyos esetekben egy magreakció beindításához akkor is kell energiát befektetnünk, ha egyébként a magreakció exoterm. Ezt az energiát aktiválási energiának nevezzük.
A magreakciókat kétféle koordinátarendszerben szokás leírni, a laboratóriumi és tömegközépponti koordinátarendszerben. Mindkét vonatkoztatási rendszernek megvannak az előnyei. A laboratóriumi rendszerben születnek az eredmények, a tömegközépponti rendszerben pedig a magreakciók leírása egyszerűbb. Ezért fontos a két koordinátarendszer közötti transzformációk ismerete.
Amikor egy bombázó részecske a céltárgy maggal kölcsönhatásba lép, csak bizonyos valószínűséggel történik magreakció. Ezt a véletlenszerű viselkedést a hatáskeresztmetszet segítségével írjuk le. A hatáskeresztmetszet a bejövő részecske energiájától is függ. Ezt a függvényt gerjesztési függvénynek nevezzük.
A magreakciók lefolyásának értelmezésére különböző modelleket használunk. A közbenső mag modell szerint a magreakció első lépésében a bombázó részecske beépül az atommagba, energiája szétoszlik a közbenső mag nukleonjai között. A magreakció második, az elsőtől függetlennek tekinthető lépésében egy részecske kilép az atommagból, azaz létrejön a végállapothoz vezető bomlás. A direkt magreakciók esetében a bombázó részecske a céltárgy atommagnak csak egyetlen nukleonjával lép kölcsönhatásba, miközben a mag többi részének nem változik meg a szerkezete. A direkt magreakciók közé tartoznak a stripping, a pickup és a knock-out magreakciók. Potenciálszórásnak nevezzük azt, amikor a bombázó részecske csak a magot körülvevő Coulomb potenciállal vagy magerő potenciállal lép kölcsönhatásba, de sem a bombázó részecske, sem a céltárgy mag összetétele nem változik meg.

| Ellenőrző kérdések
1. Válassza ki, hogy az alábbi mennyiségek közül melyik nem marad meg minden esetben a magreakciók során.
| a) A magreakcióban résztvevő részecskék összes lendülete.
| b) A magreakcióban résztvevő részecskék összes mozgási energiája.
| c) A magreakcióban résztvevő részecskék nehézrészecske-száma.
| d) A magreakcióban résztvevő részecskék könnyűrészecske-száma.
2. Mikor nevezünk egy magreakciót exotermnek?
| a) Akkor, ha a magreakció hő termelő.
| b) Akkor, ha a magreakció után a részecskék mozgási energiájának összege nagyobb, mint a magreakció előtt volt.
| c) Akkor, ha a magreakció után a részecskék mozgási energiájának összege kisebb, mint a magreakció előtt volt.
| d) Akkor, ha a magreakció hő elnyelő.
3. Milyen koordináta rendszerben érdemes a magreakciókat leírni?
| a) Az adott probléma dönti el, mivel mindkét koordináta rendszernek megvannak az előnyei.
| b) Laboratóriumi rendszerben, hiszen abban születnek a mérési eredmények.
| c) Tömegközépponti rendszerben, mert ebben a magreakciók leírása egyszerűbb.
| d) Tömegközépponti rendszerben, mert így a különböző laboratóriumi rendszerekben végzett kísérletek adatai összehasonlíthatók.
4. Az alábbiak közül melyik állítás helytelen a közbenső mag képződésével járó magreakciók esetén?
| a) A bombázó részecske beépül a céltárgy atommagba.
| b) Egy részecske kilép az atommagból és befejeződik a magreakció.
| c) A bombázó részecske a céltárgy magnak csak egyetlen nukleonjával lép kölcsönhatásba.
| d) A bombázó részecske energiája szétoszlik az atommag nukleonjai között.