Энергия реакции и порог реакции

    Энергия реакции это кинетическая энергия выделяющаяся или поглощающаяся в процессе ядерной реакции; она равна разности энергий покоя частиц в начальном и конечном состояниях. Реакции с Q > 0 называются экзотермическими, они идут с выделением энергии при любой энергии налетающей частицы. Реакции с Q < 0 называются эндотермическими.  В реакциях упругого рассеяния Q = 0. Для того чтобы была возможна эндотермическая реакция, необходимо чтобы энергия налетающей частицы превышала некоторую величину T_пор, называемую порогом реакции.
    Порог реакции это минимальная кинетической энергии налетающей частицы в лабораторной системе координат, при котором возможна ядерная реакция. См. вывод формул для порога реакции или здесь − релятивистская кинематика и законы сохранения)

где m_i и m_f − массы частиц в начальном и конечном состоянии, m_A − масса мишени

или

или

где Q = (∑m_i − ∑m_i)c²  − энергия реакции, m_a − масса налетающей частицы
В нерелятивистском приближении (Q<< 2m_Ac²)

    Отметим, что соотношения (11б-11д) справедливы и для реакций с любым количеством частиц в конечном состоянии.
    Из соотношений (11г −11д)  видно, что порог реакции не совпадает с энергией реакции.   Из самого смысла величины Q видно, что Q есть порог реакции в системе центра инерции. Поэтому порог реакции T_пор всегда больше энергии реакции Q на величину энергии связанной с движением центра инерции в лабораторной системе координат.

    В ускорительных установках с неподвижной мишенью далеко не вся кинетическая энергия ускоренной частицы может быть “вложена” в изучаемый процесс, например, в рождение новой частицы. Часть энергии "бесполезно" тратится на движение центра инерции. В физике высоких энергий получили распространение ускорители со встречными пучками (коллайдеры). Если коллайдере используются пучки с частицами равной массы, то пороговая энергия
T_{пор сци} ≡ T' = |Q|/2. Для того, чтобы оценить выигрыш, который получается при использовании коллайдеров, получим выражение для эквивалентной энергии − энергии частиц пучка T_экв , которая должна быть на ускорительной установке с неподвижной мишенью, чтобы реализовать процессы доступные коллайдеру с энергией пучков T'. Для этого в формулу 11б подставим |Q| = 2T', получим

(12а)(5)

Часто используют выражение для полной энергии

(12б)(6)

См. также Реакции с ядрами и частицами

ЗАДАЧИ