Курс лекций по разделу физика атома и ядра

Фотоядерными реакциями называют ядерные реакции под действием g-квантов. Поскольку атомные ядра могут испускать γ-кванты, они должны и поглощать их. Примером фотоядерных реакций могут служить реакции типа (g,n) и (g,р). Эти реакции часто называют ядерным фотоэффектом из-за наличия энергетического порога Е₀, как и у атомного фотоэффекта. Так же как и атомы, которые могут, как испускать, так и поглощать фотоны, ядра, имеющие в своем составе больше одного нуклона, не являются исключением. Поглощение кванта энергии вызывает увеличение энергии ядра без изменения его нуклонного состава. Такое состояние является относительно долгоживущим и обладает всеми свойствами составного ядра. Распад составного ядра может происходить двумя путями. Если энергия возбуждения ядра меньше энергии связи нуклона, то в конце концов будет испущен g-квант. В том же случае, когда энергия возбуждения превышает энергию связи одного из нуклонов, возможен вылет из ядра оного из нуклонов, т.е. ядерная реакция. Энергетический порог этих реакций, подобно красной границе фотоэффекта для атомов, определяемой энергией связи электрона в атоме, определяется энергией связи нуклонов в ядре и равен ~ 8 Мэв.

Так как энергия g-квантов естественных радиоактивных элементов не превышает 3 МэВ, то фотоядерные реакции под действием g-квантов естественных источников можно наблюдать только на ядрах, у которых энергия связи (отделения) нуклона составляет ~ 2 МэВ. Первую фотоядерную реакцию осуществили в 1932 г. Гольдхабер и Чедвик:

которую стали называть реакцией фоторасщепления  дейтона. Эта реакция идет без образования составного ядра, так как дейтон не имеет возбужденных состояний.

Впоследствии наблюдалась еще одна реакция под действием g-квантов естественных радиоактивных источников:

Гексаэдр - правильный шестигранник Вычислим интеграл Математика Задачи Ортогональная система координат в пространстве Математическая модель

У всех остальных ядер минимальная энергия отделения нуклона существенно превосходит энергию g-квантов естественных радиоактивных источников. Получение фотонов больших энергий стало возможным после создания ускорителей электронов большой энергии. Торможение электронов большой энергии в мишенях из материалов с большими Z (W,Pb) вызывает появление жесткого тормозного рентгеновского излучения. Энергетический спектр квантов такого излучения непрерывен (рис.6.8.1) до границы, определяемой энергией электронов Е_е, что создает трудности при исследовании зависимости выхода фотоядерных реакций от энергии. Измерив интегральные выходы от излучений с граничными энергиями (Е_е)₂и (Е_е)₁, определяют разностный эффект для малой области энергий вблизи заданного значения энергии фотонов (рис. 6.8.1).

Было установлено, что на ядрах с А < 100 фотоядерные реакции (g,n) и (g,р)идут с образованием составного ядра, о чем свидетельствовало изотропное распределение вылетающих нейтронов и протонов. Однако для реакций (g,р) наядрах с А > 100 было обнаружено, что угловое распределение протонов с максимальной энергией не является изотропным, а наблюдается вылет преимущественно в направлении 90˚ к пучку квантов тормозного излучения. Выход протонов был слишком велик (~ в 100 раз) по сравнению с выходом, который предсказыввает модель составного ядра. Объяснить эти факты оказалось возможным, если предположить, что имеет место механизм прямого вырывания периферийных протонов из ядра электромагнитным полем g-квантов. Колебания вектора электромагнитного поля g-квантов происходят в плоскости, перпендикулярной вектору импульса, а максимальная энергия, которую может иметь протон составляет

где ε_p – энергия связи протона в ядре.

Реакция (g,n) протекает всегда с образованием составного ядра.

Детальное изучение поведения сечения реакций (g,n) и (g,р) от энергии γ-квантов, позволило установить, что для всех ядер сечения s(Е_g) возбуждения фотоядерных реакций (рис. 6.8.2) имеют в области 10 ÷ 20 МэВ очень широкий резонанс (Г ~ 5 ÷ 6 MэB), за что это явление получило название гигантского резонанса.

Например,

Другие главы электронного учебника "Математика в примерах и задачах"

• Функции и их графики
• Пределы
• Непрерывность функций Теоретические основы электротехники
• Производные и дифференциалы
• Свойства функций
• Интегралы в задачах Динамика материальной точки Справочник по основным разделам физики
• Формула Тейлора
• Исследование функций
• Кривизна плоской кривой