[科普中国]-激发函数

核反应截面随入射粒子能量变化的关系。将激发函数绘成曲线，称为激发曲线。

简介理论：

中、低能核反应的激发函数可从理论计算得到，将计算的激发函数与实验测得的激发函数比较，获得有关核反应机理的知识。
在活化分析、同位素生产及核能利用等实际工作中，核反应的激发曲线可以作为选择最佳工作条件的依据之一，例如，据此确定相应于最大截面的入射粒子能量。现已积累相当多的激发函数数据，尤以中子核反应的数据最全。

参考书目：

M。Lefort，Nuclear Chemistry，Van Nostrand，London，1968。

轻离子诱导的裂变激发函数与核耗散的探测核耗散性质和强度的确定是核物理领域的热点问题。熔合－ 裂变实验提供的裂变和蒸发截面的激发函数、粒子多重性等数据能够直接用于核耗散的特性。基于藕合了粒子统计发射的随机模型，通过分析轻离子诱导的裂变激发函数数据来提取核耗散强度的信息。1

核耗散弹禅通过巧合反应形成的复合核能发射轻粒子和y光子，形成残余核，该过程称为蒸发；另 一种衰变模式是裂变，它与轻粒子蒸发相竞争。这两种不同类型衰变道之间的竞争可以用Bohr 和 Wheel er建立的统计模型来描述。

高激发衰变系统主要 是通过熔合反应产生的。近期对复合系统衰变阶段进行的大量实验测量表明，如断前粒子多重性、裂变截面等都明显偏离了标准的统计模 型预计。统计模型预计的断前中子多重性。随激发能増加的趋势明显低于实验值。该现象被认为是由核耗散效应引起的。该效应延迟了大尺度的裂变过程，影响了蒸发和裂变之间的竞争。1

Karme r 把裂变看作一种大尺度集体运动，也就是一种原子核的变形运动。该运动可视为布朗粒子的 扩散运动，大量的单粒子自由度与裂变自由度的藕合引起了随机力，这阻碍了裂变的动力学演化。 核内核子的运动处理成 一个热浴，两种自由度的藕合比作介质分子对布朗粒子的碰撞作用；在一定核温度下，受外场力和介质 分子作用的变形运动越过位垒，即视为裂变。粒子在整个裂变过程中都可以发射，如果足够数量的粒子在形变到达鞍点前就被发射掉，衰变系统可能以蒸发残余的方式存活。核耗散的性质和强度支配了集体自由度和内禀自由 度之间的能量转换。1

裂变激发函数的分析随着系统激发能的增加， Bohr－ Wheeler的裂变宽度公式不能很好地估计裂变和粒子发射之间 的竞争。这表明，摩擦概念的引入是非常必要的。另外，各种不同的探针也己被建议来研究耗散的性质，如轻粒子和 y 光子的多重性和能谱、裂变和 发残余截面、断点激发能等。对于鞍点前的耗散强度β，选择裂变截面作为探针，因为摩擦效应直接降低了裂变率，使得裂变截面的值变小。与蒸发道有关的量相比，裂变截面是－个更基本的观测量。1

分析p+206pb和p +209Bi两个反应系统 。为了减少统计误差，模拟的 Lan gevi n轨道数为107。

统计模型预言值远远高估了裂变截面的实验值。考虑了摩擦效应后，得到的裂变截面低于统计模型的结果， 更接近实验值。在β=2.5x1021s-1， 计算结果仍高于实验值，说明要增加摩擦的强度。发现β=（3－4.5）× 1021s-1 能够对实验数据提供满意的拟合。1

对p+209Bi测量的裂变激发函数也进行了分析，提取的β 值为（3－4.5）×1021s-1。

通过分析这两个系统的裂变激发函数提取的鞍点前摩擦强度为（3－4.5）×1021s-1 。

从中子多重性的角度来理解鞍点前摩擦对裂变截面的影响。粒子多重性指的是平均每个裂变事件中蒸发的粒子数目，它由鞍点前和鞍点后两部分组成。鞍点前的中子多重性大小直接影响裂变几率。

摩擦效应增加了中子多重性。当激发能E*=73MeV时，统计模型给出鞍点前中子多重性Mn的值为1.8；在 β= 2.5zs-1 时，Mn的值增加到2.23 ；β=5zs-1时的Mn值增加到 2.48。这个比较说明摩擦效应对中子多重性的影响是很大的。原因是摩擦延长了裂变时间，从而提供了更多的时间用于粒子蒸发。E*=158MeV时，中子多重性的差异就更为明显，β= 2.5zs -1和统计模型的Mn的 差值达到了2.4，比E*=73MeV处的0.43大很多。因此，能量越高，中子多重性对摩擦越敏感。原因是粒子的发射和裂变是竞争关系，高激发能使粒子的蒸发时问变短，増强了粒子发射，导致中子发射对摩擦更为敏感。1

用HFTT程序计算核反应激发函数HFTT程序中所用的包括平衡前发射的统计模型和计算方法，该程序主要用于计算轻粒子诱发的中重核核反应激发函数，其主要特点是输入参数较少，使用很方便。通过对一系列核的计算表明，该程序可以较好地预言中重核核反应激发函数。2

HFTT程序计算核反应激发函数的方便性核反应截面是核物理及核技术应用中较重要的一个参数，在放射性同位素生产、反应堆工程、活化分析和中子及带电粒子的辐射防护等方面更是不可缺少的。虽然已经在这方面进行了大量的实验测量， 但由于受实验技术、 仪器和材料等方面的限制，一些核素的核反应截面的测量比较困难，在某些人射粒子能区，核反应截面的实验数据几乎是空白，这种情况下，理论计算成了获得这些数据的重要手段。研制了很多可计算核反应激发函数的程序，但大 多数程序占用内存大，并且用起来不太方便，主要是输入参数较繁。为此，本着实用方便的宗旨，研制了一个可在中小型计算机上运行的专门用于计算中重核核反应激发函数的程序HFTT。该程序所用的基本模型是复合核蒸发模 型和预平衡激子模型，用光学模型计算核反应的形成截面及其逆截面，所用光学势为定域球形唯象的普适光学势。可计算的入射和出射粒子包括 n、P、t、3He、d、a 六种粒子，还可计算辐射俘获反应的截面。本程序一般只计算靶核质量数大等于40和人射粒 子能量小于40MeV的核反应截面， 最多只限于出射三个粒子， 且第三次出射粒子只考虑质子和中子。使用本程序时，只 需输入初始激子组态，激子跃迁矩阵元的K 因子以及与人射道和出射道有关的一些参数 (共约10个量)即可进行计算。因此，使用非常方便。2

HFTT程序计算核反应激发函数的比较用HFTT程序计算了一系列核的激发函数并与实验测量结果进行了比较，已计算的靶核其质量数分布在27 和 197之间。计算时，一 般只调一个参数 ( 激子跃迁矩阵元 K因子) 。从这些计算结果可以看出，对于人射粒子为n，p， d 出射粒子为n，p的反应，计算结果和实验结果的一 致性较好，对于人射或出射t 或3He 粒子的核反应， 由于实验数据较少，这些反应截面算得较少，对于人射或出射a 粒子的反应，有些理论计算结果和实验的一致性不太好，这可能 与本程序选用的这些粒子的光学势有关。从这些比较结果中选出几个。本程序对于预言实验数据缺乏的能区及实验上难以测量的中重核核反应激发函数是很有用的。2

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学