Фотоядерными реакциями называют ядерные реакции под действием (-квантов. Наиболее изучены реакции типа ((,п),((,р). Эти реакции часто называют ядерным фотоэффектом изза наличия энергетического порога Е0, как и у атомного фотоэффекта. Порог этих реакций обусловлен энергией связи нуклонов в ядре и равен ~ 8 Мэв. До изобретения ускорителей заряженных частиц (-кванты получили при радиоактивных распадах. Энергия таких (-квантов ~ 2 МэВ, так что при их использовании можно изучать фотоядерные реакции только на наиболее слабо связанных ядрах, например (Гольдхабер, Чедвик, 1932 г.), , , . (4.8.1) С появлением ускорителей электронов стало возможным получение фотонов больших энергий при торможении электронов в мишенях из различных материалов и изучение зависимостей сечения реакций((,n) и ((,р) от энергии фотонов. Процесс возникновения фотонного излучения при этом идентичен тормозному рентгеновского излучения. Спектр такого излучения непрерывный (рис.6.8.1) до границы, определяемой энергией электронов Ее, что создает трудности при исследовании сечений фотоядерных реакций в зависимости от энергии. Измерив интегральные эффекты от излу чений с граничными энергиями (Ее)2 и (Ее)1, определяют разностный эффект для малой области энергий вблизи заданного значения энергии фотонов (рис. 6.8.1). Таким образом с помощью «ускорительных» (-квантов удалось изучить зависимость сечений ((,n) и ((,р) от энергии (-квантов. Оказалось, что для всех ядер сечения ((Е() 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, Реакция (Е( )рез, МэВ Г (МэВ) (max, мбарн 19,2 4,7 20 17,5 6,0 108 15,0 6,0 820 13,0 6,0 1800 Экспериментальная зависимость (Е()рез от массового числа описывается формулой (E( )рез ~ А-0,19. (4.8.2) Явление гигантского резонанса можно объяснить, если предположить, что протоны ядра совершают колебания под действием электромагнитного поля (-квантов. Максимум в сечении должен тогда наблюдаться тогда, когда частота собственных колебаний ядра совпадает с частотой (-кванта (E( = ), находящегося в непосредственно близости от ядра. В области энергий 10 - 20 МэВ (-кванты имеют длину волны (см. (3.6.4)) см, (4.8.3) что больше, чем диаметр ядра. Поэтому ядро целиком попадает в электрическое поле электромагнитной волны. Под действием этого поля в простейшем случае все протоны смещаются (рис.6.8.3) относительно нейтронов и возникают дипольные колебания. Частота таких колебаний , (4.8.4) где k - коэффициент упругости, М - масса ядра. Возникновение поверхностных сил упругости связано с короткодействующими ядерными силами вблизи поверхности ядра. Поэтому коэффициент упругости должен быть пропорционален поверхности ядра. Следовательно, , (4.8.5) что хорошо согласуется с экспериментальной зависимостью (4.8.2). Лучшее согласие с экспериментом достигается, если учесть не только колебания, вызванные действием поверхностных сил, но и линейное натяжение из-за действия ядерных сил при колебаниях протонов относительно нейтронов. Очевидно, что подобные колебания должны быть пропорциональны изменению линейных размеров ядра, т.е. в формуле (4.8.4) k ~ A1/3. Поэтому частота линейных колебаний . (4.8.6) Линейная супперпозиция частот (4.8.5) и (4.8.6): ωрез = аωпов + bωлин (4.8.7) дает хорошее согласие с экспериментальными значениями (Е()рез = при соответствующем подборе коэффициентов a и b. Реальный механизм гигантского резонанса может быть, конечно, сложнее. Например, вследствие оболочечных эффектов вместо коллективных колебаний могут происходить одночастичные переходы нуклонов между уровнями, что приводит к тонкой структуре в энергетической зависимости сечения от энергии.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Фотоядерные реакции» з дисципліни «Основи ядерної фізики»
