Фотоядерная реакция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Фотоядерные реакцииядерные реакции, происходящие при поглощении гамма-квантов ядрами атомов[1]. Явление испускания ядрами нуклонов при этой реакции называется ядерным фотоэффектом. Это явление было открыто Чедвиком и Гольдхабером в 1934 году[2] и в дальнейшем исследовано Боте и Вольфгангом Гентнером[3], а затем и Нильсом Бором[4][5].

При поглощении гамма-кванта ядро получает избыток энергии без изменения своего нуклонного состава, а ядро с избытком энергии является составным ядром. Как и другие ядерные реакции, поглощение ядром гамма-кванта возможно только при выполнении необходимых энергетических и спиновых соотношений. Если переданная ядру энергия превосходит энергию связи нуклона в ядре, то распад образовавшегося составного ядра происходит чаще всего с испусканием нуклонов, в основном нейтронов. Такой распад ведёт к ядерным реакциям ~ (\gamma, n) и ~ (\gamma, p) , которые и называются фотоядерными, а явление испускания нуклонов в этих реакциях — ядерным фотоэффектом.

В теории фотоядерных реакций используются статистическая модель составного ядра и модель резонансного прямого фотоэффекта[6].

Фотоядерные реакции идут с образованием составного ядра, однако при возбуждении реакций ~ (\gamma, p) на ядрах с массовым числом~ A > 100 экспериментально был обнаружен слишком большой выход по сравнению с выходом, предсказываемым этим механизмом. Кроме того, угловое распределение протонов с наибольшей энергией оказалось неизотропным. Эти факты указывают на дополнительный механизм прямого взаимодействия, который существенен только в случае ~ (\gamma, p) -реакции на тяжёлых и средних ядрах. Реакция же ~ (\gamma, n) всегда идёт с образованием составного ядра.

Первой наблюдавшейся фотоядерной реакцией было фото-расщепление дейтрона:

 \gamma + {}^{2}\textrm{H} \rightarrow p + n

Она идёт без образования составного ядра, так как ядро дейтерия не имеет возбуждённых состояний, и может быть вызвана гамма-квантами сравнительно невысокой энергии (выше 2,23 МэВ[7]).

Однако нуклидов с малой энергией связи нуклонов всего несколько, а чтобы возбудить фотоядерные реакции с другими ядрами, необходимы фотоны с энергией не менее 8 МэВ. Фотоны с такой энергией возникают в некоторых ядерных реакциях или получаются при торможении в веществе очень быстрых электронов. При радиоактивном распаде, как правило, таких гамма-квантов не образуется, поэтому гамма-кванты β-распада не могут возбудить фотоядерные реакции и вызвать появление новой наведённой радиоактивности в других веществах.

Если замедлителем в ядерном реакторе служит бериллий или тяжёлая вода, то вследствие необычно малой энергии связи нейтрона в 9Be и 2H под действием гамма-квантов радиоактивного распада на ядрах этих нуклидов эффективно протекают фотоядерные реакции ~ (\gamma, n) . Особенно много гамма-квантов при этом дают радиоактивные продукты деления урана, но гамма-кванты в ядерном реакторе испускают и другие вещества, активированные нейтронами. Таким образом в тяжёловодных и бериллиевых ядерных реакторах присутствует дополнительный источник нейтронов, обусловленный протеканием фотоядерной реакции[1].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 А.Н.Климов Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. — С. 352.
  2. Дж. Чедвик, М. Гольдхабер Ядерный фото-эффект (разложение дейтона γ-лучами) // УФН. — 1934. — Т. 14. — № 8.
  3. W. Bothe und W. Gentner Atomumwandlungen durch γ-Strahlen // Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. — 1937. — Т. 106. — № 3-4.
  4. N.Bohr Nuclear Photo-effects // Nature. — 1938. — № 141.
  5. Н.Бор Ядерный фотоэффект // УФН. — 1938. — № 7.
  6. Дж.Левинджер Фотоядерные реакции. — Москва: ИЛ, 1962. — С. 258.
  7. NCRP Report №79 Neutron Contamination from Medical Electron Accelerators. — National Council on Radiation Protection and Measurements, 1984. — P. 19. — ISBN 0-913392-70-7. ISSN 0083-209X

Ссылки[править | править вики-текст]