基本介紹
- 中文名：複合核模型
- 外文名：Composite kernel model
- 類別：核反應機制
- 時間：1936年
- 提出者：N.H.D.玻爾
介紹,原理,理論與試驗,科學意義,
介紹
複合核模型和外斯科夫所提出的三階段理論中的複合系統並非完全相同。複合系統是比複合核模型更廣泛的一個概念，它除了包括複合核之外，還包括表面和體內的直接作用以及多次碰撞、集體激發等各種情況。
玻爾的複合核概念在核物理髮展史上曾起過重要作用，但實驗表明並不是所有的核反應都經歷複合模形成階段，例如削裂反應和拾取反應都不能用複合核模型解釋。
這種觀念的提出，主要是考慮到低能反應截面隨能量變化顯示出來的共振特性無法用靶核對入射粒子的平均勢來解釋。
原理
複合核模型基本內容是認為一般低能核反應可分為彼此獨立的兩個階段，第一階段是複合核的形成，即入射粒子進入靶核後核核心子強烈相互作用，立即將自己的能量分散給所有核子，使整個核處於激發態，達到新的動態平衡，形成一個處於激髮狀態的複合核，其壽命比入射粒穿行靶核的時間長得多。
第二階段是複合核的衰變，即複合核分解成出射粒子和剩餘核，處激發態的複合核由其自身的壽命、能量、角動量和宇稱決定其衰變方式，與它的形成過程無關。複合核模型假設複合核形成和衰變是兩個沒有關聯的相互獨立的階段。利用這個模型可以很好地解釋核反應的共振現象，即當入射粒子能量為某些特定值時，反應截面具有尖銳的極大值，稱為共振峰。當入射粒子轟擊相同靶核而發生不同核反應時，各種反應的共振峰往往具有相同的位置，這些共振峰正對應於複合核的準穩態。根據共振峰的位置可以研究複合核的能級。
理論與試驗
實驗上觀察到的低能中子截面共振峰的寬度和相鄰峰的間距都遠小於平均勢模型的預言結果，而且中子俘獲截面遠大於散射截面。按照複合核觀念，清晰而尖銳的共振峰的出現，意味著複合核在激發能較低的區域存在分立的準穩能級，共振峰很窄和間距很小表明似穩能級的寬度和能級間距很小，這是涉及到許多核子的強相互作用效應。當複合核基本上處於一個寬度狹窄（壽命較長）的準穩能級時，體系的能量已分配給各個自由度，再集中在一個或少數核子上使之逸出核外的幾率較小，因此複合核就可能有較大的幾率通過電磁躍遷而退激發，從而使俘獲截面增大。
設入射粒子a和靶核A形成複合核C，然後衰變為剩餘核B及出射粒子b： A+a─→C─→B+b，
則根據基本假設反應截面σab可表示為：σab=σσ(a)Wb,
其中σσ(a)是複合核形成截面，Wb是複合核通過放出粒子b而衰變的幾率,後者同複合核的形成歷史無關。關於反應截面在一個單獨共振峰附近的行為，可以利用布賴特-維格納單能級共振公式來描述,這種公式原是與N.玻爾的複合核觀念同時提出的。精確的實驗數據的分析表明，布賴特－維格納公式能夠非常成功地描述單能級共振現象，由此可得到關於準穩能級的壽命和衰變幾率等的精確而系統的資料。
隨著入射粒子能量的升高，複合核的能級寬度增大，間距變小。當複合核處在不同能級發生重疊的能量區域時，反應截面將依賴於所涉及的不同準穩態之間的相角關係。可採用多能級的布賴特－維格納公式。當複合核處在能級密度甚高的區域時，由於涉及甚多的準穩態，通常是假定各準穩態對截面的貢獻是無規的。可以通過統計的途徑建立比較簡單的計算平均截面的方法。按照統計理論的截面公式進行計算時，需要知道核能級密度以及相應於各種開道（見核反應）的複合核形成截面（平均截面）等。關於能級密度，通常採用半經驗公式表示。
複合核形成截面則可以近似地採用核反應光學模型的吸收截面加上各種必要的修正。由統計理論得到的關於複合核反應的主要定性結論如下：發射粒子的角分布（在質心坐標系中）呈現出90°對稱，能譜近似地具有麥克斯韋速度分布律的形式。以中子核反應為例，與實驗結果的比較表明，當能量不甚高，剩餘核只能激發少數能級的情形，統計理論的角分布和激發函式都同實驗符合較好，只是需要考慮導致剩餘核的某些低集體激發態的直接核反應的貢獻。在入射能量較高時，涉及剩餘核高激發態的能譜和非彈性散射角分布仍然同統計理論的預言一致，對於涉及剩餘核低激發態的情形則不是這樣，這是因為直接核反應的貢獻占優勢的緣故。
科學意義
複合核模型能解釋下列事實：
①在低能核反應中出現的狹窄的共振峰；對應於壽命較長的複合核的準穩態；
②出射粒子平均角分布在質心繫的90°對稱性,是與複合核形成和衰變無關相聯繫的；
