Просмотр кода страницы Фотоядерные реакции

{{Ядерная физика}}
'''Фотоя́дерные реа́кции''' ({{lang-en|photodisintegration}}, ''phototransmutation'') — [[ядерная реакция|ядерные реакции]], происходящие при поглощении [[гамма-квант]]ов [[ядро атома|ядрами атомов]]<ref name="К">{{книга
|автор = Климов А. Н.
|часть =
|заглавие = Ядерная физика и ядерные реакторы
|оригинал =
|ссылка =
|место = Москва
|издательство = Энергоатомиздат
|год = 1985
|страницы = 352
|isbn =
}}</ref>. Явление испускания ядрами [[нуклон]]ов при таких реакциях называется '''ядерным фотоэффектом'''. Явление ядерного фотоэффекта было открыто [[Чедвик, Джеймс|Чедвиком]] и [[Голдхабер, Морис|Гольдхабером]] в [[1934 год]]у<ref>{{статья
|автор = [[Чедвик, Джеймс|Дж. Чедвик]], [[Голдхабер, Морис|М. Гольдхабер]]
|заглавие = Ядерный фотоэффект (разложение дейтона γ-лучами)
|оригинал = 
|ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1934/8/c/
|издание = [[Успехи физических наук|УФН]]
|тип = 
|место = 
|год = [[1934 год|1934]]
|том = 14
|номер = 8
|страницы = 
|archivedate = 2013-05-22
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20130522195500/http://ufn.ru/ru/articles/1934/8/c/
}}</ref> и в дальнейшем подробно исследовано [[Боте, Вальтер|Боте]] и [[Гентнер, Вольфганг|Вольфгангом Гентнером]]<ref>{{статья
|автор = [[Боте, Вальтер|W. Bothe]] und W. Gentner
|заглавие = Atomumwandlungen durch γ-Strahlen
|оригинал = 
|ссылка = http://www.springerlink.com/content/hx4375h503161556/
|издание = Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei
|тип = 
|место = 
|год = [[1937 год|1937]]
|том = 106
|номер = 3-4
|страницы = 
}}{{Недоступная ссылка|date=Февраль 2020 |bot=InternetArchiveBot }}</ref>, а затем и [[Бор, Нильс|Нильсом Бором]]<ref>{{статья
|автор = [[Бор, Нильс|N.Bohr]]
|заглавие = Nuclear Photo-effects
|оригинал = 
|ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1938/7/b/
|издание = [[Nature]]
|тип = 
|место = 
|год = [[1938 год|1938]]
|том = 
|номер = 141
|страницы = 
|archivedate = 2012-03-20
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20120320061906/http://ufn.ru/ru/articles/1938/7/b/
}}</ref><ref>{{статья
|автор = [[Бор, Нильс|Н.Бор]]
|заглавие = Ядерный фотоэффект
|оригинал = 
|ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1938/7/b/
|издание = [[Успехи физических наук|УФН]]
|тип = 
|место = 
|год = [[1938 год|1938]]
|том = 
|номер = 7
|страницы = 
|archivedate = 2012-03-20
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20120320061906/http://ufn.ru/ru/articles/1938/7/b/
}}</ref>.

При поглощении гамма-кванта ядро получает избыток энергии без изменения своего нуклонного состава, а ядро с избытком энергии является [[составное ядро|составным ядром]]. Как и другие ядерные реакции, поглощение ядром гамма-кванта возможно только при выполнении необходимых энергетических и [[спин]]овых соотношений. Если переданная ядру энергия превосходит [[Энергия связи|энергию связи]] нуклона в ядре, то распад образовавшегося составного ядра происходит чаще всего с испусканием нуклонов, в основном [[нейтрон]]ов. Такой распад ведёт к ядерным реакциям <math>(\gamma, n) </math> и <math>(\gamma, p) </math>, которые и называются '''фотоядерными''', а явление испускания нуклонов в этих реакциях — '''ядерным фотоэффектом'''. Обозначения:
* <math> \gamma </math> — частица [[Гамма-излучение|гамма-излучения]] или гамма-квант ([[фотон]] с высокой энергией);
* <math> n </math> — [[нейтрон]];
* <math> p </math> — [[протон]].

В теории фотоядерных реакций используются статистическая модель составного ядра и модель резонансного прямого фотоэффекта<ref>{{книга
|автор =Дж.Левинджер
|заглавие =Фотоядерные реакции
|место =Москва
|издательство =ИЛ
|год =1962
|страницы =258
|isbn =}}</ref>.

Фотоядерные реакции идут с образованием составного ядра, однако при возбуждении реакций <math>(\gamma, p) </math> на ядрах с [[массовое число|массовым числом]] <math>A > 100 </math> экспериментально был обнаружен слишком большой выход по сравнению с выходом, предсказываемым этим механизмом. Кроме того, угловое распределение [[протон]]ов с наибольшей энергией оказалось неизотропным. Эти факты указывают на дополнительный механизм прямого взаимодействия, который существенен только в случае <math>(\gamma, p) </math>-реакции на тяжёлых и средних ядрах. Реакция же <math>(\gamma, n) </math> всегда идёт с образованием составного ядра.

Первой наблюдавшейся фотоядерной реакцией было фоторасщепление [[дейтрон]]а:

: <math> \gamma + {}^{2}\textrm{H} \rightarrow p + n.</math>

Она идёт без образования составного ядра, так как ядро [[дейтерий|дейтерия]] не имеет возбуждённых связанных состояний, и может быть вызвана гамма-квантами сравнительно невысокой энергии (выше 2,23 [[Электронвольт|МэВ]]<ref>{{книга |автор=NCRP Report №79|часть= |ссылка часть= |заглавие=Neutron Contamination from Medical Electron Accelerators|оригинал= |ссылка=https://archive.org/details/neutroncontamina00nati/page/19|викитека= |ответственный= |издание= |место= |издательство=National Council on Radiation Protection and Measurements|год=1984|volume= |pages=19|columns= |allpages= |серия= |isbn=0-913392-70-7|тираж= |ref= }} ISSN 0083-209X</ref>).

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:
  
: <math> \gamma + {}^{9}\textrm{Be} \rightarrow 2~{}^{4}\textrm{He} + n.</math>

Помимо этих ядер известно всего несколько [[нуклид]]ов 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 [[электрон]]ов.

При [[Радиоактивный распад|радиоактивном распаде]], как правило, таких высокоэнергетических гамма-квантов не образуется, поэтому гамма-кванты, возникающие при [[Бета-распад|β-распаде]] подавляющего количества радиоактивных изотопов не могут вызвать фотоядерные реакции и навести своим излучением радиоактивность в других веществах.

Если [[Замедление нейтронов|замедлителем]] в [[ядерный реактор|ядерном реакторе]] служит [[бериллий]] или [[тяжёлая вода]], то вследствие необычно малой энергии связи нейтрона в <sup>9</sup>Be и <sup>2</sup>H под действием гамма-квантов радиоактивного распада на ядрах этих нуклидов эффективно протекают фотоядерные реакции <math>(\gamma, n) </math>. Особенно много гамма-квантов при этом дают радиоактивные продукты деления [[Уран (элемент)|урана]], но гамма-кванты в ядерном реакторе испускают и другие вещества, активированные нейтронами. Таким образом в [[Тяжеловодный ядерный реактор|тяжеловодных]] и бериллиевых ядерных реакторах присутствует дополнительный источник нейтронов, обусловленный протеканием фотоядерной реакции<ref name="К" />.

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* {{Из БСЭ|заглавие=Фотоядерные реакции}}
* [http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4399.html Фотоядерные реакции], [[Физическая энциклопедия]].

[[Категория:Ядерные реакции]]