Меню Главная Случайная статья Настройки Фотоядерные реакции Материал из https://ru.wikipedia.org Фотоядерные реакции (англ. photodisintegration, phototransmutation) — ядерные реакции, происходящие при поглощении гамма-квантов ядрами атомов[1]. Явление испускания ядрами нуклонов при таких реакциях называется ядерным фотоэффектом. Явление ядерного фотоэффекта было открыто Чедвиком и Гольдхабером в 1934 году[2] и в дальнейшем подробно 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 ${\displaystyle (\gamma ,n)}$ и ${\displaystyle (\gamma ,p)}$, которые и называются фотоядерными, а явление испускания нуклонов в этих реакциях — ядерным фотоэффектом. Обозначения: ${\displaystyle \gamma }$ — частица гамма-излучения или гамма-квант (фотон с высокой энергией); ${\displaystyle n}$ — нейтрон; ${\displaystyle p}$ — протон. 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 ${\displaystyle (\gamma ,p)}$ на ядрах с массовым числом ${\displaystyle A>100}$ 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 ${\displaystyle (\gamma ,p)}$-реакции на тяжёлых и средних ядрах. Реакция же ${\displaystyle (\gamma ,n)}$ всегда идёт с образованием составного ядра. Первой наблюдавшейся фотоядерной реакцией было фоторасщепление дейтрона: ${\displaystyle \gamma +{}^{2}{\textrm {H}}\rightarrow p+n.}$ Она идёт без образования составного ядра, так как ядро дейтерия не имеет возбуждённых связанных состояний, и может быть вызвана гамма-квантами сравнительно невысокой энергии (выше 2,23 МэВ[7]). Другим примером ядра с невысокой энергией связи является ядро бериллия-9, подвергающегося расщеплению на два ядра гелия-4 под воздействием гамма-квантов с энергией более 1,67 МэВ: ${\displaystyle \gamma +{}^{9}{\textrm {Be}}\rightarrow 2~{}^{4}{\textrm {He}}+n.}$ Помимо этих ядер известно всего несколько нуклидов с малой энергией связи нуклонов и чтобы вызвать фотоядерные реакции с другими ядрами обычно необходимы фотоны с энергией не менее 8 МэВ. Фотоны с такой энергией возникают в некоторых редких ядерных реакциях или образуются при торможении в веществе очень быстрых электронов. При радиоактивном распаде, как правило, таких высокоэнергетических гамма-квантов не образуется, поэтому гамма-кванты, возникающие при -распаде подавляющего количества радиоактивных изотопов не могут вызвать фотоядерные реакции и навести своим излучением радиоактивность 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 ${\displaystyle (\gamma ,n)}$. 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 тяжеловодных и бериллиевых ядерных реакторах присутствует дополнительный источник нейтронов, обусловленный протеканием фотоядерной реакции[1]. Примечания 1 2 Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. — Москва: Энергоатомиздат, 1985. — С. 352. Дж. Чедвик, М. Гольдхабер. Ядерный фотоэффект (разложение дейтона -лучами) // УФН. — 1934. — Т. 14, № 8. Архивировано 22 мая 2013 года. W. Bothe und W. Gentner. Atomumwandlungen durch -Strahlen (недоступная ссылка — история) // Zeitschrift fr Physik A Hadrons and Nuclei. — 1937. — Т. 106, № 3-4. N.Bohr. Nuclear Photo-effects // Nature. — 1938. — № 141. Архивировано 20 марта 2012 года. Н.Бор. Ядерный фотоэффект // УФН. — 1938. — № 7. Архивировано 20 марта 2012 года. Ссылки Фотоядерные реакции — статья из Большой советской энциклопедии.  Фотоядерные реакции, Физическая энциклопедия.