Задачи начертательной геометрии Математика задачи и примеры Фотоядерные реакции

Механизмы взаимодействия фотонов с ядрами в зависимости от длины волны фотона.
Полные сечения фотопоглощения и фоторождения мезонов

    Как уже отмечалось, реакции с реальными фотонами дают надежные и хорошо интерпретируемые данные о свойствах ядер и нуклонов. Рассмотрим это на примере полных сечений фотопоглощения, которые в настоящее время изучены в очень широком диапазоне энергий, начиная от энергии связи нуклона до нескольких тысяч ГэВ.


Рис. 3.1. Полное сечение фотопоглощения для ядер Be(1), Cu(2) и Pb(3) в сравнении с полным сечением фотопоглощения на протоне (сплошная кривая).

   На рис.3.1 показано полное сечение фотопоглощения для ядер Be, Cu и Pb (в интервале энергий от 150 МэВ до 200 ГэВ), нормированное на число нуклонов в ядре, в сравнении с полным сечением фотопоглощения на протоне. При энергиях ниже 150 МэВ показано полное сечение фотопоглощения для ядра Ве.
    Из рис.3.1.видно, что при энергии ниже 150 МэВ сечение имеет резонанс, максимум которого лежит при энергии около 20 МэВ. При этой энергии длина волны налетающего фотона близка к 60 Фм, что примерно в пять раз превышает размер ядра. Таким образом, ядро попадает в поле волны, которая эффективно воздействует на заряженные нуклоны (протоны), раскачивая ядро как целое. В результате возникают гигантские резонансы, среди которых доминирует гигантский дипольный резонанс. Понятие о ядерной энергетике Большое значение в ядерной энергетике приобретает не только осуществление цепной реакции деления, но и управление ею. Устройства, в которых осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления, называются ядерными реакторами. Пуск первого реактора в мире осуществлен в Чикагском университете (1942) под руководством Э. Ферми, в России (и в Европе) — в Москве (1946) под руководством И. В. Курчатова.
    Отметим, что длина волны микрочастицы, у которой скорость близка к скорости света, будь то гамма – квант, электрон, или мезон, определяется формулой де Бройля :

feint03_01.gif (1072 bytes)(3.1)

Для описания гигантских резонансов успешно применяются две совершенно разные модели. С одной стороны коллективная модель, или модель жидкой капли, рассматривает возбуждение ядра как целого (колебания протонов относительно нейтронов в поле волны). При этом сечение представляется в виде суммы двух лоренцевых кривых:

,(3.2)

где w1, w 2 - частоты, сигма1, сигма2 – амплитуды, Г1, Г2 - ширины продольного и поперечного резонансов (для деформированных ядер). В сферических ядрах частоты w1 , w 2 совпадают. С другой стороны, существует модель одночастичных возбуждений типа частица дырка, которая хорошо описывает положения максимумов в гигантском резонансе. Согласно этой модели фотон сначала взаимодействует с отдельным нуклоном ядра, передавая ему всю свою энергию в случае полного фотопоглощения, и лишь затем ядро возбуждается за счет остаточного взаимодействия. Успешное сосуществование двух принципиально разных моделей для объяснения одного и того же явления в данном случае лишь подтверждает вывод о том, что квантово-механические явления не имеют прямых аналогий в обычном макроскопическом мире.
    На рис. 3.1. в области гигантского резонанса сечение показано только для одного ядра (С-12). Для других ядер сечения имеют практически такой же вид, но их абсолютные величины сильно различаются, подчиняясь правилу сумм Томаса – Рейха – Куна :

feint03_03.gif (1293 bytes)(3.3)

Поэтому приводить на одном рисунке сечения для разных ядер в области гигантского резонанса нецелесообразно. В отношении полных сечений фотопоглощения и парциальных реакций в области гигантского резонанса написаны обзоры, монографии, справочники , имеются базы данных [3.2], где можно найти подробное описание этого явления.
На рис.3.1 можно заметить, что гигантский резонанс не симметричен: его правая ветвь более пологая, чем левая. Это связано с тем, что выше резонанса при энергиях до 150 МэВ вносит заметный вклад так называемый квазидейтронный механизм фотопоглощения. Начиная с энергии egammaneaeqv 50 MэВ, когда длина волны гамма – квантов становится сравнима с размером дейтрона, сечение описывается формулой Левинджера:

,(3.4)

где - сечение фоторасщепления свободного дейтрона, Lneaeqv10 и S = 60 МэВ, - подгоночные параметры. Эта формула отражает модифицированную квазидейтронную модель, разработанную Левинджером.


Физика атома