Fotonukleární reakce

Fotonukleární reakce ( anglicky photodisintegration , phototransmutation ) jsou jaderné reakce , ke kterým dochází při pohlcování gama záření jádry atomů [1] . Jev emise nukleonů jádry při této reakci se nazývá jaderný fotoelektrický jev . Tento jev objevili Chadwick a Goldhaber v roce 1934 [2] a dále jej zkoumali Bothe a Wolfgang Gentner [3] a později Niels Bohr [4] [5] .

Když je gama záření absorbováno, dostává jádro přebytek energie, aniž by se změnilo jeho nukleonové složení, a jádro s přebytkem energie je složené jádro . Stejně jako jiné jaderné reakce je absorpce gama-kvanta jádrem možná pouze tehdy, jsou-li splněny potřebné poměry energie a spinu . Pokud energie přenesená do jádra převyšuje vazebnou energii nukleonu v jádře, pak k rozpadu vzniklého složeného jádra dochází nejčastěji s emisí nukleonů, především neutronů . Takový rozpad vede k jaderným reakcím , které se nazývají fotonukleární , a jev nukleonové emise při těchto reakcích je jaderný fotoelektrický jev . Označení: $(\gamma ,n)$ $(\gamma ,p)$

$\gamma$ - částice gama záření nebo gama kvanta ( foton s vysokou energií);
$n$ — neutron ;
$p$ -proton . _

V teorii fotonukleárních reakcí se využívá statistický model složeného jádra a model rezonančního přímého fotoelektrického jevu [6] .

Fotonukleární reakce probíhají s tvorbou složeného jádra, avšak když byly reakce zahájeny na jádrech s hmotnostním číslem , bylo experimentálně zjištěno, že výtěžek je příliš vysoký ve srovnání s výtěžkem předpovídaným tímto mechanismem. Navíc se ukázalo, že úhlové rozložení protonů s nejvyšší energií není izotropní. Tyto skutečnosti svědčí o dalším mechanismu přímé interakce, který je podstatný pouze v případě -reakcí na těžkých a středních jádrech. Reakce vždy probíhá za vzniku složeného jádra. $(\gamma ,p)$ $A>100$ $(\gamma ,p)$ $(\gamma ,n)$

První pozorovanou fotonukleární reakcí byla fotodezintegrace deuteronu :

\gamma +{}^{{2}}{\textrm {H}}\rightarrow p+n

Jde bez tvorby složeného jádra, protože jádro deuteria nemá excitované stavy a může být způsobeno gama kvanty o relativně nízké energii (nad 2,23 MeV [7] ).

Nuklidů s nízkou vazebnou energií nukleonů je však jen málo a pro vybuzení fotonukleárních reakcí s jinými jádry jsou potřeba fotony s energií alespoň 8 MeV. Fotony s takovou energií vznikají při některých jaderných reakcích nebo se získávají při zpomalování velmi rychlých elektronů v hmotě . Při radioaktivním rozpadu se zpravidla taková gama kvanta netvoří, proto gama kvanta β-rozpadu nemohou vyvolat fotonukleární reakce a způsobit vznik nové indukované radioaktivity v jiných látkách.

Jestliže beryllium nebo těžká voda slouží jako moderátor v jaderném reaktoru , pak v důsledku neobvykle nízké vazebné energie neutronu v 9 Be a 2 H na jádrech těchto nuklidů účinně probíhají fotonukleární reakce za působení gama kvant radioaktivních látek. rozpad . Přitom radioaktivní štěpné produkty uranu uvolňují zvláště mnoho gama kvant , ale gama kvanta v jaderném reaktoru emitují i další látky aktivované neutrony. V těžkovodních a beryliových jaderných reaktorech je tedy další zdroj neutronů díky fotonukleární reakci [1] . $(\gamma ,n)$

Poznámky

↑ 1 2 Klimov A.N. Jaderná fyzika a jaderné reaktory. - Moskva: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
↑ J. Chadwick , M. Goldhaber . Jaderný fotoelektrický jev (deuteron rozklad γ-paprsky) // Phys . - 1934 . - T. 14 , č. 8 . Archivováno z originálu 22. května 2013.
↑ W. Bothe a W. Gentner. Atomumwandlungen durch γ-Strahlen // Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. — 1937 . - T. 106 , č. 3-4 . (nedostupný odkaz)
↑ N.Bohr . Jaderné fotoefekty // Příroda . — 1938 . - č. 141 . Archivováno z originálu 20. března 2012.
↑ N. Bor . Jaderný fotoelektrický jev // UFN . — 1938 . - č. 7 . Archivováno z originálu 20. března 2012.
↑ J. Levinger. fotonukleární reakce. - Moskva: IL, 1962. - S. 258.
↑ Zpráva NCRP č. 79. Neutronová kontaminace z lékařských elektronových urychlovačů. - Národní rada pro radiační ochranu a měření, 1984. - S. 19. - ISBN 0-913392-70-7 . ISSN 0083-209X

Odkazy

Fotonukleární reakce – článek z Velké sovětské encyklopedie .
Fotonukleární reakce , Encyklopedie fyziky .