Фотоядерные реакции

Фотоя́дерные реакции

Ядерный фотоэффект, поглощение атомными ядрами γ-квантов с испусканием протонов р, нейтронов n или более сложных частиц. Наиболее изучены Ф. р. (γ, р) и (γ, n), известны также реакции (γ, d), (γ, pn), (γ, d) и др. Для вырывания из атомного ядра протона или нейтрона (нуклонов) энергия γ-кванта E_γ должна превышать энергию связи нуклона в ядре. Сумма эффективных поперечных сечений (См. Эффективное поперечное сечение) всевозможных Ф. р. называется сечением поглощения γ-кванта ядром. Для всех ядер (за исключением очень лёгких) сечение σ_γ при малых и больших энергиях γ-кванта мало, а в середине имеется высокий широкий максимум, называемый гигантским резонансом (рис. 1).

Положение гигантского резонанса монотонно уменьшается с ростом массового числа А ядер от 20–25 Мэв в лёгких ядрах до 13 Мэв в тяжёлых. Зависимость энергии Е_m, соответствующей вершине резонанса, от А описывается формулой: Е_m = 34 А ^-1/6. Ширина резонанса Г ~ 4–8 Мэв; она минимальна у магических ядер (См. Магические ядра) – Г (²⁰⁸Pb) = 3,9 Мэв, и максимальна у деформированных ядер – Г (¹⁶⁵Но) = 7 Мэв. В области гигантского резонанса кривая поглощения не является монотонной, а имеет определённую структуру. У деформированных ядер это двугорбая кривая (рис. 2, а). У лёгких и средних ядер и у некоторых тяжёлых ядер наблюдается несколько максимумов шириной в сотни кэв (рис. 2, б). Распределение фотонейтронов по энергии в области резонанса близко к максвелловскому (см. Максвелла распределение). Вместе с тем есть отклонения: большим оказывается число нейтронов в высокоэнергетической области спектра. Распределение фотопротонов в большинстве случаев не является максвелловским.

Гигантский резонанс связывают с возбуждением γ-квантами собственных колебаний протонов относительно нейтронов (дипольные колебания). Нуклоны могут покидать ядро непосредственно в процессе дипольных колебаний, но могут испускаться и после их затухания. Упорядоченные колебания нуклонов постепенно переходят в весьма сложное «тепловое» движение. В результате образуется возбуждённое Составное ядро, из которого «испаряются» протоны или нейтроны. Ширина Г гигантского резонанса определяется «временем жизни» дипольных колебаний. При энергии γ-квантов, превышающей энергию гигантского резонанса, поглощающие γ-квант нуклоны, как правило, быстро покидают ядро, дипольные колебания не возникают (ядро не успевает «раскачаться») и механизм Ф. р. является «прямым» (см. Прямые ядерные реакции; например, при E_γ ≥ 70 Мэв механизм поглощения γ-квантов становится двухнуклонным). Наряду с дипольными колебаниями в ядре могут возбуждаться квадрупольные, октупольные и др. типы колебаний, но их роль в Ф. р. не существенна. Иногда Ф. р. называются процессы, в которых γ-кванты высокой энергии (~ 1,5․10^-8эв), поглощаясь ядрами или отдельными нуклонами, вызывают рождение пи-мезонов (См. Пи-мезоны) (например, γ + p → n + π^-; γ + р → р + π⁰) и др. элементарных частиц.

Лит.: Айзенберг И. М., Грайнер В., Механизмы возбуждения ядра, пер. с англ., М., 1973; Широков Ю. М., Юдин Н. П., Ядерная физика, М., 1972; Левинджер Д ж., Фотоядерные реакции, пер. с англ., М., 1962.

Н. П. Юдин.

Рис. 1. Гигантский резонанс.

Рис. 2. Тонкая структура гигантского резонанса: а — для деформированных ядер, б — для сферических ядер.