Фотоядерные реакции. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Фотоядерные реакции

Фотоядерные реакции - ядерные превращения, идущие при поглощении g-квантов ядрами. К Ф.р. относится также процесс рассеяния g-квантов. Энергетич. зависимость полного сечения поглощения g-квантов разл. ядрами, отнесённого к одному нуклону s/А (А - число нуклонов в ядре), приведена на рис. Сплошной линией показано полное сечение поглощения g-кванта свободным протоном в зависимости от энергии g-кванта

. функцию s(

) принято разбивать на 4 области в зависимости от доминирующего механизма поглощения g-квантов. Первая - область гигантского дипольного резонанса (ГР). Осн. механизм поглощения g-квантов в этой области связан с поглощением g-кванта одним нуклоном, приводящим к возбуждению собственных дипольных колебаний протонов относительно нейтронов. В лёгких ядрах максимум ГР приходится на область энергий от 20 до 25 МэВ. С ростом А максимум сдвигается в сторону меньших энергий. В тяжёлых ядрах он расположен в районе 13 МэВ. Наряду с дипольными колебаниями в ядре могут возбуждаться квадрупольные, октупольные и др. типы колебаний, но их роль в Ф. р. менее существенна (см. Гигантские резонансы).

Процесс дипольных колебаний завершается в осн. вылетом нуклонов. В лёгких ядрах это протоны и нейтроны. С меньшей вероятностью вылетают легчайшие ядра - дейтерия, трития, ³Не и ⁴Не (a-частицы). Заметную долю составляют события, в к-рых наблюдается вылет неск. заряж. частиц, что особенно характерно для изотопов Li, Be и их ближайших соседей. По мере увеличения атомного номера Z ядра интенсивность всех каналов, за исключением нейтронного, ослабевает. В области актини-дов наряду с испусканием нейтронов происходит деление ядра (см. Деление ядер).

После поглощения g-квантов лёгкими ядрами нуклоны вылетают непосредственно в процессе дипольных колебаний. По мере увеличения А усиливается роль последовательных столкновений нуклона, поглотившего g-квант, с остальными нуклонами ядра. В результате этого нуклоны покидают ядро уже не на начальной, а на предрав-новесной стадии реакции, а в тяжёлых ядрах - в значит. степени и в равновесной стадии. Вследствие этого распределение фотонуклонов по энергии в области гигантского резонанса близко к максвелловскому. Отклонение от этого распределения наблюдается для фотонейтронов в высоко-энергетич. части спектра.

Вторая область начинается на "хвосте" гигантского резонанса и простирается до порога рождения пионов. Одно-нуклонный механизм поглощения g-квантов постепенно переходит в двухнуклонный, когда g-кванты начинают поглощаться преим. нейтрон-протонной парой, имеющей те же квантовые числа, что и дейтрон .Поэтому эта область получила назв. к в а з и д е й т р о н н о й (КД). Сечение поглощения пропорц. величине NZ/A (N-число нейтронов в ядре-мишени, Z-число протонов), т. е. числу таких пар нуклонов. Квазидейтронный механизм поглощения у-кван-тов связывается с проявлением в ядре т.н. двухчастичных обменных токов (когда процесс проходит на мезоне, к-рым обмениваются нуклоны, или в промежуточном состоянии виртуально образуется D-изобара), а также двухчастичных нуклонных корреляций короткодействующего характера.

Нуклон, поглотивший g-квант, получает достаточно большую энергию, к-рая позволяет ему покинуть ядро, не сформировав промежуточного состояния. При

основным является канал с вылетом одного быстрого нуклона. Выше 100 МэВ осн. вклад в полное сечение приходится на канал с вылетом двух быстрых нуклонов.

В третьей области энергии

за порогом образования пиона и до 2 ГэВ длина волны у-кванта становится порядка размеров нуклона и взаимодействие происходит в осн. с одним нуклоном. В сечении фотопоглощения на свободном нуклоне чётко проявляются 3 пика, отвечающие возбуждению D (1232 МэВ)-изобары и двух частиц-резонан-сов-N*(1520 МэВ) и N**(1680 МэВ). В том случае, когда у-квант поглощается нуклоном, находящимся в ядре, пик, связанный с образованием D-изобары, проявляется столь же чётко, тогда как 2 остальных сильно уширяются. Такое "размытие" пиков во многом обусловлено движением нуклонов в ядре. В области возбуждения D-изобары характерно универсальное для всех ядер сечение - отношение s/A (в пределах точности измерений) одинаково для всех ядер от Be до U. Это свидетельствует о том, что свойства свободной D-изобары не сильно изменяются в ядре.

Осн. каналами расщепления ядер в этой области энергии являются каналы с вылетом неск. нуклонов. В ядрах с А >200 после вылета неск. нуклонов происходит деление. Обычно расщепление ядер сопровождается вылетом пиона. С меньшей вероятностью идут процессы образования мезонов с малой передачей энергии ядру, когда оно остаётся в связанном состоянии.

Когда энергия g-кванта превышает 2 ГэВ (четвёртая область), в энергетич. зависимости

исчезает всякая структура. Само сечение оказывается слабо зависящим от энергии. Аналогично ведёт себя и полное сечение взаимодействия адронов с ядрами. Различие состоит только в том, что сечение поглощения g-квантов меньше адрон-ного на пост. величину, пропорциональную константе электромагнитного взаимодействия. Такое поведение сечения нашло объяснение в рамках т.н. модели в е к т о р н о й д о м и н а н т н о с т и, согласно к-рой в этой области энергий g-квант ведёт себя как векторные мезоны (см. Векторной доминантности модель ).Одним из следствий такого поведения у-кванта является то, что при его взаимодействии с ядром не все нуклоны оказываются равноправными, часть из них оказывается заэкранированной. Это означает, что зависимость полного сечения поглощения от А должна иметь вид A^a где a<1 ( в эксперименте величина

При дальнейшем росте

"точечный" g-квант взаимодействует с кварками нуклона.

Литература по

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.