[科普中国]-复合核模型

介绍

复合核模型的基本思想与核结构的液滴模型相同，也是把原子核比作液滴。入射粒子将能量传给靶核形成激发态的复合核相当于液滴的被加热，而复合核的衰变则相当于受热液滴的蒸发。

复合核模型和外斯科夫所提出的三阶段理论中的复合系统并非完全相同。复合系统是比复合核模型更广泛的一个概念，它除了包括复合核之外，还包括表面和体内的直接作用以及多次碰撞、集体激发等各种情况。

玻尔的复合核概念在核物理发展史上曾起过重要作用，但实验表明并不是所有的核反应都经历复合模形成阶段，例如削裂反应和拾取反应都不能用复合核模型解释。

这种观念的提出，主要是考虑到低能反应截面随能量变化显示出来的共振特性无法用靶核对入射粒子的平均势来解释。

原理复合核模型基本内容是认为一般低能核反应可分为彼此独立的两个阶段，第一阶段是复合核的形成，即入射粒子进入靶核后核内核子强烈相互作用，立即将自己的能量分散给所有核子，使整个核处于激发态，达到新的动态平衡，形成一个处于激发状态的复合核，其寿命比入射粒穿行靶核的时间长得多。

第二阶段是复合核的衰变，即复合核分解成出射粒子和剩余核，处激发态的复合核由其自身的寿命、能量、角动量和宇称决定其衰变方式，与它的形成过程无关。复合核模型假设复合核形成和衰变是两个没有关联的相互独立的阶段。利用这个模型可以很好地解释核反应的共振现象，即当入射粒子能量为某些特定值时，反应截面具有尖锐的极大值，称为共振峰。当入射粒子轰击相同靶核而发生不同核反应时，各种反应的共振峰往往具有相同的位置，这些共振峰正对应于复合核的准稳态。根据共振峰的位置可以研究复合核的能级。

理论与试验实验上观察到的低能中子截面共振峰的宽度和相邻峰的间距都远小于平均势模型的预言结果，而且中子俘获截面远大于散射截面。按照复合核观念，清晰而尖锐的共振峰的出现，意味着复合核在激发能较低的区域存在分立的准稳能级，共振峰很窄和间距很小表明似稳能级的宽度和能级间距很小，这是涉及到许多核子的强相互作用效应。当复合核基本上处于一个宽度狭窄（寿命较长）的准稳能级时，体系的能量已分配给各个自由度，再集中在一个或少数核子上使之逸出核外的几率较小，因此复合核就可能有较大的几率通过电磁跃迁而退激发，从而使俘获截面增大。

设入射粒子a和靶核A形成复合核C，然后衰变为剩余核B及出射粒子b： A+a─→C─→B+b，

则根据基本假设反应截面σab可表示为：σab=σσ(a)Wb,

其中σσ(a)是复合核形成截面，Wb是复合核通过放出粒子b而衰变的几率,后者同复合核的形成历史无关。关于反应截面在一个单独共振峰附近的行为，可以利用布赖特-维格纳单能级共振公式来描述,这种公式原是与N.玻尔的复合核观念同时提出的。精确的实验数据的分析表明，布赖特－维格纳公式能够非常成功地描述单能级共振现象，由此可得到关于准稳能级的寿命和衰变几率等的精确而系统的资料。

随着入射粒子能量的升高，复合核的能级宽度增大，间距变小。当复合核处在不同能级发生重叠的能量区域时，反应截面将依赖于所涉及的不同准稳态之间的相角关系。可采用多能级的布赖特－维格纳公式。当复合核处在能级密度甚高的区域时，由于涉及甚多的准稳态，通常是假定各准稳态对截面的贡献是无规的。可以通过统计的途径建立比较简单的计算平均截面的方法。按照统计理论的截面公式进行计算时，需要知道核能级密度以及相应于各种开道（见核反应）的复合核形成截面（平均截面）等。关于能级密度，通常采用半经验公式表示。

复合核形成截面则可以近似地采用核反应光学模型的吸收截面加上各种必要的修正。由统计理论得到的关于复合核反应的主要定性结论如下：发射粒子的角分布（在质心坐标系中）呈现出90°对称，能谱近似地具有麦克斯韦速度分布律的形式。以中子核反应为例，与实验结果的比较表明，当能量不甚高，剩余核只能激发少数能级的情形，统计理论的角分布和激发函数都同实验符合较好，只是需要考虑导致剩余核的某些低集体激发态的直接核反应的贡献。在入射能量较高时，涉及剩余核高激发态的能谱和非弹性散射角分布仍然同统计理论的预言一致，对于涉及剩余核低激发态的情形则不是这样，这是因为直接核反应的贡献占优势的缘故。

科学意义复合核模型能解释下列事实：

①在低能核反应中出现的狭窄的共振峰；对应于寿命较长的复合核的准稳态；

②出射粒子平均角分布在质心系的90°对称性,是与复合核形成和衰变无关相联系的；

③在共振区有较大的辐射俘获截面，这是准稳态通过电磁跃迁退激发的结果；④出射粒子的能谱可由处于较高激发态的复合核的蒸发来解释。2