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Particelle incidenti e prodotti della reazione

Le reazioni nucleari vengono prodotte dall’urto del nucleo con particelle energetiche quali protoni, neutroni, deutoni, particelle a, elettroni e fotoni g. A seconda del tipo di particella proiettile, il processo di reazione assume caratteristiche diverse. In particolare, se la particella è portatrice di carica positiva, come nel caso del protone, del positrone o della particella alfa, deve avere un’energia cinetica molto alta per poter superare la barriera di repulsione coulombiana, vale a dire la forza di repulsione che si sviluppa tra la carica positiva del nucleo e la carica positiva della particella.

L’assorbimento di un protone da parte di un nucleo può condurre all’emissione di un raggio g o di un neutrone, rispettivamente per energie crescenti della particella incidente. Se il protone ha sufficiente energia, può condurre all’emissione di particelle a. Le reazioni nucleari indotte da protoni con rilascio di neutroni sono di tipo endotermico.

Le reazioni indotte da neutroni sono particolarmente importanti, poiché utilizzate nei processi di produzione di energia nucleare. Un neutrone può dare luogo all’emissione dal nucleo di protoni, particelle a, raggi g o neutroni. Una tipica reazione indotta da neutroni è la fissione del nucleo di ²³⁵U nei nuclei di cesio 140 e rubidio 93,

con emissione di tre neutroni e il rilascio di 200 MeV (milioni di elettronvolt) di energia.

Le reazioni indotte da deutoni (nuclei di deuterio, formati da un neutrone e un protone) producono generalmente l’emissione di uno o più neutroni, a seconda dell’energia del nucleo incidente. Ad esempio, bombardando il deuterio con deutoni si ottiene le formazione di trizio, secondo la reazione:

Le reazioni indotte da deutoni sono quasi tutte esoenergetiche e producono nuclei residui radioattivi.

Elettroni e raggi g non provocano facilmente reazioni nucleari, perché interagiscono preferibilmente con gli elettroni degli orbitali atomici circostanti il nucleo. Tuttavia, se i raggi g sono molto energetici, si producono reazioni chiamate di fotodisintegrazione, che danno origine all’emissione di uno o più neutroni o protoni, e a successive reazioni fino alla stabilizzazione del nucleo.