- Фотоядерная реакция
-
Фотоядерные реакции — ядерные 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 Гентером[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 и , которые и называются фотоядерными, а явление испускания нуклонов в этих реакциях — ядерным фотоэффектом.
Фотоядерные реакции идут с образованием составного ядра, однако при возбуждении реакций на ядрах с массовым числом 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 -реакции на тяжёлых и средних ядрах. Реакция же всегда идёт с образованием составного ядра.
Первой наблюдавшейся фотоядерной реакцией было фото-расщепление дейтрона:
Она идёт без образования составного ядра, так как ядро дейтерия не имеет возбуждённых состояний, и может быть вызвана гамма-квантами не очень высокой энергии.
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 . 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
- ↑ 1 2 А.Н.Климов Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. — С. 352.
- ↑ Дж. Чедвик, М. Гольдхабер Ядерный фото-эффект (разложение дейтона γ-лучами) // УФН. — 1934. — Т. 14. — № 8.
- ↑ W. Bothe und W. Gentner Atomumwandlungen durch γ-Strahlen // Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. — 1937. — Т. 106. — № 3-4.
- ↑ N.Bohr Nuclear Photo-effects // Nature. — 1938. — № 141.
- ↑ Н.Бор Ядерный фотоэффект // УФН. — 1938. — № 7.
Ссылки
Категория:- Ядерные реакции
Wikimedia Foundation. 2010.