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直接核反應(direct nuclear reaction),指入射粒子同靶核碰撞,不經過複合核階段的核反應。

1實驗室發現

1936年N.玻爾提出複合核模型,解釋了大量實驗 但到了50年代,由於粒子加速器的發展,提高了入射粒子的能量,出現了一些與複合核反應理論預計結果非常不同的情況。例如在1952年第一個質子被重核非彈性散射實驗中發現:出射質子的能譜偏離麥克斯韋分佈很大,高能端大大超過複合核反應的理論值,總散射面積比複合核反應理論值大一個數量級。其後,R.艾森伯格等人用31MeV質子對鉛 金等重核的散射實驗又證實了上述結果,而且發現,在質心坐標系中,出射質子的角分佈呈90°不對稱,顯著地指向前方。以後在中子非彈性散射、核子電荷交換反應(n,p) (p,n)和氘核的(d,p)反應的實驗中都觀察到類似結果。實驗結果表明,在這些反應過程中,除複合核反應外,還有非複合核反應的成分,即不經過複合核的直接反應,這是入射粒子和靶核的少數自由度發生作用的核反應。

2理論研究

在通常的核反應實驗結果中包含了複合核反應和直接核反應兩種過程的結果。一般地講,入射粒子能量低,複合核反應是主要的,角分佈基本上 90 對稱;當入射粒子能量高,又不處在相應的共振能量附近時,直接核反應是主要的,角分佈出現朝前峰。角分佈測量是實驗上判別這兩種反應過程的最重要的方法。
屬於直接核反應過程的各種具體反應有:不經過複合核的彈性散射──勢(形狀)彈性散射、直接非彈性散射、剝裂反應、掇拾反應和敲出反應等。剝裂反應中入射核的某子結構(核子或集團)被靶核俘獲,其餘部分向外飛出。掇拾反應是剝裂反應的逆反應,即入射核掇拾靶核的某子結構形成出射核。入射核敲出靶核的某子結構,而自身被俘獲的反應稱為敲出反應(也可以包括彈核未被俘獲的情況) 前兩者又統稱為轉移反應 轉移反應中,出射核和入射核的動量差較小,使得角分佈有朝前峰。在某些特殊轉移反應中,如重粒子剝裂反應,角分佈有后翹現象。
現在已有能夠較好地處理各種直接核反應的各種模型和近似方法。最常用的是扭曲波玻恩近似(DWBA),它認為入射粒子首先在靶核的平均場(光學勢見核反應光學模型)作用之下發生扭曲(不扭曲時稱為平面波近似),爾後同靶核中的核子或集團直接碰撞,引起反應。在很多情況下,這種理論能夠較好地同實驗符合,通過理論計算同實驗結果的擬合,可以確定原子核的能級的自旋、宇稱、組態和激發方式,可以研究核的殼層結構(見核殼層模型),也可以研究集團的成團幾率及集團之間的相對運動狀態(見核集團模型),得到有關核反應機制、核力、核的形變大小等一系列重要知識。
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