当前课程知识点：核辐射物理及探测学 > 第四章原子核反应 > 4.4 反应机制及核反应模型 > 4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

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4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系在线视频

4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

下一节:4.4.2 核反应的光学模型

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4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系课程教案、知识点、字幕

在讨论了核反应发生概率

就是反应截面的问题之后呢

我们来讨论一下

核反应机制的问题

这个地方由于核反应机制的复杂性

对核反应

我们说提出了众多的模型理论

每一种模型都有它成功的地方

它可以解释一类核反应过程

但是又各自有一定的局限性

对于某一类核反应来说

它是可以解释的

对于另外一类核反应来说

它可能完全是不适用

所以产生了很多种的模型

在1957年的时候

韦斯科夫提出了对核反应过程的

一个三阶段描述

这个三阶段描述

是按着核反应发生的进程

就是按照时间的顺序

把核反应分成了独立粒子阶段

复合系统阶段和最后阶段

这样3个阶段去描述它

每一个阶段又有相应的

已经建立好的模型理论

去描述它

所以它的这个三阶段描述

给出来之后呢

大家引用是比较多的

我们来看一下

具体的这个三阶段描述

把核反应的过程按照时间顺序

分为独立粒子阶段

复合系统阶段和最后阶段

我们说它的这个描述

描述的是

发生了核反应的那些过程

一定是发生了核反应

因为没有发生核反应

根本就涉及不到描述的问题

所以这个地方

我们说一定是有核反应

独立粒子阶段呢

入射粒子和靶核相互作用

只可能有两种情况

第一种情况是发生了散射

这个入射粒子被弹回去了

我们叫形状弹性散射

另外一种可能性呢

就是入射粒子被靶核吸收了

进入到第二个阶段

我们叫复合系统阶段

进入到复合系统阶段

是一个比较复杂的阶段了

这个阶段有多种反应机制

有可能会出现

有可能会出现直接的相互作用

例如表面直接作用、

体内直接作用、多次碰撞

和集体激发等等作用过程

然后再推到最后阶段去

核反应完成了

我们说这个直接作用的过程呢

从时间上来说是一个

短的作用过程

就是很快。多快呢

基本上就是这个入射粒子

穿过靶核所需要的

这个物理上的时间

基本上没什么太多的相互作用

就过去了

直接的作用呢

是时间比较短的一种相互作用

它的作用时间往往几乎就等于

入射粒子穿过靶所需要的时间

举个形象一点的例子

就像一辆汽车穿过一个隧道的时候

我知道了进入隧道的时候

它的速度

知道了这个隧道的长度

用这个长度去除以那个速度

就这样的一个时间呢

就是它穿过隧道的时间

就是直接穿过去的

这样的一个过程

还有一种过程呢

我们说是形成了一个复合核的过程

我们说叫形成复合核

形成复合核往往是一个

比较长的作用过程

就时间比较长了

或者说就像我们刚才那个例子

这个汽车进入隧道之后

可能停下来了

停了一会儿之后

它又出来

这种情况下我们说是

形成了一个复合核的这种过程

时间上是比较长的

我们看到括号里头

我写了一个记忆消失

所谓的记忆消失呢

指的是复合核形成之后

它并不知道

它是怎样的一个形成过程

也就是

复合核随后的那些行为

和这个复合核形成的过程

是没有任何关系的

复合核它随后会发生衰变

因为复合核是一个不稳定的状态

它的衰变过程呢

有可能出射粒子和入射粒子

是完全相同的

而且剩余核又是处于基态

这种情况下我们知道

它也是一个弹性散射的过程

当然这个弹性散射

为了区分在独立粒子阶段的

那个弹性散射

我们把它叫做复合核弹性散射

我们来具体看一下

这个核反应的三阶段描述

在第一个阶段独立粒子阶段

就是粒子入射和靶核相互作用

在这个作用过程里头

它有可能有两种情况

第一种情况呢

就是入射粒子被散射回去了

而且剩余核又是处于基态的

这种情况是一个弹性散射

我们把它叫做形状弹性散射

另外一种情况

就是入射粒子被靶核吸收了

这个时候就直接推入到

第二个阶段

就复合系统阶段

复合系统阶段呢

正是反映了

核反应机制复杂性的一个阶段

在这个过程里头

可能是一个直接作用过程

也可能是一个

形成复合核的作用过程

直接作用过程

是一个很快的作用过程

在这个过程里头呢

我们说这个入射粒子

它的记忆没有完全的消失

直接作用过程的作用时间呢

一般只有

10^-20到10^-22 秒

与粒子穿过靶核

所需要的时间相当

形成复合核的这个作用过程

是一个时间比较长的作用过程

我们说复合核形成之后呢

基本上对它的形成过程

是不带有任何记忆的

也就是说它随后发生的行为

和它的形成过程没有关系

它的这个复合核的作用过程呢

往往长达10^-15秒

当然这个时间也很短

但是你和前面的那个时间

去比较的话

就会发现这个时间

是非常长的一个时间了

在复合核衰变的过程里头

它有可能衰变出来的粒子

和入射粒子是完全相同的

而且剩余核同样处于基态

这种情况下也是一种弹性散射

我们把这个时候的弹性散射

叫做复合核弹性散射

前面三阶段描述

其实给了作用的过程

分了三个阶段去描述它

作用的过程描述了

不同的这个作用的机制

像有弹性散射

有形成复核

有直接作用等等

不同的反应机制呢

我们其实是不同的

反应道的一个过程

所以我们可以用一些分截面去描述它

下面我们来看一下

各个截面之间的一个关系

首先我们看第一个阶段的情况

第一个阶段就是独立粒子阶段

我们刚才说了

独立粒子阶段发生核反应

它只有两种情况

一个是弹性散射

一个是被吸收

所以如果我们定义σpot

是弹性散射截面

就形状弹性散射截面

σa是吸收截面的话

这个时候我们说总截面

因为入射粒子打到这个地方

就发生核反应

描述的是一个总截面的概念

那总截面就应该等于

这两部分截面之和

那我们先来看一下

第二个阶段

第二个阶段呢

我们说是一个比较复杂的阶段

对应到的截面呢

就是一个吸收截面

然后我们把后面的过程

分成两种情况

一个叫直接作用截面

σD去描述它

一个叫形成复合核的这个作用截面

我们用σCN去表示它

显然我们说σa

应该等于σD+σCN

这样的话我们可以得到

复合系统阶段的时候

截面的关系

然后我们再来看一下

我们前面说过两种弹性散射

一个叫形状弹性散射

一个叫复合核弹性散射

所以我们还可以把弹性散射截面

分成两个部分去描述它

弹性散射我们用σSC去表示

我们用两阶段的这个弹性散射

分别描述它

所以σSC等于两部分

弹性散射截面积之和

用下面这个式子去描述它就可以

我们综合考虑核反应的三个阶段

可以把这个总的反应截面

σt

分为弹性散射截面

和去弹性散射σr

两个部分

这个地方要注意一下

去弹性散射截面指的是

除了弹性散射截面之外的

那个部分

它不是非弹性散射截面

所以σt

应该等于σSC+σr

那我们又知道

σt=σpot+σa

σSC=σpot+σres

就是这个分别是

形状弹性散射截面

和复合核弹性散射截面

显然我们把这两个关系

把这个σSC的关系

代到上面这个式子里面去

得到这个式子

综合这几个关系呢

我们可以得到σa=σres+σr

也就是吸收截面

应该等于复合核弹性散射截面

加上去弹性散射截面

我们可以用这样一张图去描述

各个核反应截面的一个关系

σt是总的反应截面

总的反应截面刚才说了

可以分为两个部分

第一个部分是状态弹性散射截面

第二个部分是吸收弹性散射截面

吸收截面我们又可以分成

两个部分

一个是形成复合核的截面

一个是直接作用截面

总截面又可以分成

弹性散射截面

和去弹性散射截面

当然这个地方我们说了

吸收截面又等于

去弹性散射截面加上

复合核弹性散射截面

σres

这个关系

我们用一张图

很形象的去描述了

核反应发生过程里头

各个截面直接的一个关系

利用核反应三阶段描述

对核反应进程的分析

我们可以得到

不同进程的核反应截面

和各截面之间的关系

我们可能在核数据手册中

看到各种不同的核反应截面

准确理解每一种

核反应截面的意义

理解它们之间的关系

这个是我们需要掌握的

关于核反应的三阶段描述

和各个截面之间的关系

我们就介绍到这里

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 基础知识、常量与单位

-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 电离过程的涨落与法诺分布

-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

--7.4.1 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落

-7.5 时间间隔的统计分布

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分：能量分辨率

--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分：饱和特性、坪特性等

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 中子与物质的相互作用

-13.4 中子探测的特点与探测方法分类

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系笔记与讨论

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