5. Mécanismes de réaction
Les schémas d'interprétation des résultats spectroscopiques concernant les états liés, individuels et collectifs, du système nucléaire se retrouvent transposés, pour les états de diffusion, dans les modèles d'analyse des réactions induites par des particules ou des ions lourds lors de leur collision avec les noyaux.
• Le noyau composé
Historiquement, le premier modèle de collision, dû à Niels Bohr, fut développé pour rendre compte des résultats obtenus avec des neutrons de basse énergie (fig. 17). On y observe des résonances étroites, c'est-à-dire des variations brutales, en fonction de l'énergie des neutrons incidents, de leur probabilité d'interaction avec le noyau cible, ici le thorium 232. Chacune de ces résonances est le signe de l'existence d'un état métastable du « noyau composé » 233Th, formé lorsque le neutron est capturé par le noyau 232Th. Quand cet état se désexcite en émettant un neutron, on aboutit à une diffusion élastique, mais on obtient une réaction, dite de capture radiative, lorsqu'il le fait en émettant un photon, réaction notée 232Th(n, γ)233Th. Parfois, sa désexcitation procède par une fission.
Le temps de vie des états métastables produits de cette façon est donné, comme pour tout état excité, par τ = h/Γ, où Γ est sa largeur naturelle. Par exemple, les largeurs de l'ordre de quelques électronvolts observées avec des neutrons d'environ 100 eV fig. 17) correspondent à τ ≃ 10—15 s. Cette durée est grandement supérieure à celle que mettrait le neutron pour traverser le noyau cible, soit :
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