Fotonukleära reaktioner

Fotonukleära reaktioner ( engelska photodisintegration , phototransmutation ) är kärnreaktioner som uppstår när gammastrålar absorberas av atomernas kärnor [1] . Fenomenet med emission av nukleoner från kärnor under denna reaktion kallas den nukleära fotoelektriska effekten . Detta fenomen upptäcktes av Chadwick och Goldhaber 1934 [ 2] och undersöktes ytterligare av Bothe och Wolfgang Gentner [3] och senare av Niels Bohr [4] [5] .

När en gammastråle absorberas, får kärnan ett överskott av energi utan att ändra dess nukleonsammansättning, och en kärna med ett överskott av energi är en sammansatt kärna . Liksom andra kärnreaktioner är absorptionen av ett gamma-kvant av kärnan möjlig endast om de nödvändiga energi- och spinnförhållandena är uppfyllda. Om energin som överförs till kärnan överstiger bindningsenergin för nukleonen i kärnan, sker sönderfallet av den bildade sammansatta kärnan oftast med emission av nukleoner, främst neutroner . Sådant sönderfall leder till kärnreaktioner och som kallas fotonukleära , och fenomenet nukleonemission i dessa reaktioner är den nukleära fotoelektriska effekten . Beteckningar: $(\gamma ,n)$ $(\gamma ,p)$

$\gamma$ - partikel av gammastrålning eller gammakvantum ( foton med hög energi);
$n$ — neutron ;
$sid$ - proton .

I teorin om fotonukleära reaktioner används den statistiska modellen av den sammansatta kärnan och modellen för den resonanta direkta fotoelektriska effekten [6] .

Fotonukleära reaktioner fortskrider med bildandet av en sammansatt kärna, men när reaktioner initierades på kärnor med ett masstal visade sig utbytet experimentellt vara för högt jämfört med utbytet som förutspåddes av denna mekanism. Dessutom visade sig vinkelfördelningen av protonerna med högst energi vara icke-isotropisk. Dessa fakta indikerar en ytterligare mekanism för direkt interaktion, som är väsentlig endast i fallet med -reaktioner på tunga och medelstora kärnor. Reaktionen fortskrider alltid med bildandet av en sammansatt kärna. $(\gamma ,p)$ $A>100$ $(\gamma ,p)$ $(\gamma ,n)$

Den första fotonukleära reaktionen som observerades var fotodesintegrationen av deuteronet :

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

Det går utan att bilda en sammansatt kärna, eftersom deuteriumkärnan inte har exciterade tillstånd och kan orsakas av gammakvanta med relativt låg energi (över 2,23 MeV [7] ).

Det finns dock bara ett fåtal nuklider med låg bindningsenergi av nukleoner, och för att excitera fotonukleära reaktioner med andra kärnor behövs fotoner med en energi på minst 8 MeV. Fotoner med sådan energi uppstår i vissa kärnreaktioner eller erhålls när mycket snabba elektroner bromsar in i materien . Under radioaktivt sönderfall bildas som regel inte sådana gammakvanta, därför kan gammakvanta av β-sönderfall inte excitera fotonukleära reaktioner och orsaka uppkomsten av ny inducerad radioaktivitet i andra ämnen.

Om beryllium eller tungt vatten fungerar som moderator i en kärnreaktor , på grund av den ovanligt låga bindningsenergin hos neutronen i 9 Be och 2 H, fortgår fotonukleära reaktioner effektivt på kärnorna i dessa nuklider under verkan av gammakvanta av radioaktiva ämnen. förfalla . Samtidigt avger radioaktiva klyvningsprodukter av uran särskilt många gammakvanter , men gammakvantor i en kärnreaktor avger även andra ämnen som aktiveras av neutroner. I tungvatten- och berylliumkärnreaktorer finns det alltså ytterligare en källa till neutroner på grund av den fotonukleära reaktionen [1] . $(\gamma ,n)$

Anteckningar

↑ 1 2 Klimov A.N. Kärnfysik och kärnreaktorer. - Moskva: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
↑ J. Chadwick , M. Goldhaber . Nukleär fotoelektrisk effekt (deuteronnedbrytning genom γ-strålar) // Phys . - 1934 . - T. 14 , nr 8 . Arkiverad från originalet den 22 maj 2013.
↑ W. Bothe och W. Gentner. Atomumwandlungen durch γ-Strahlen // Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. — 1937 . - T. 106 , nr 3-4 . (inte tillgänglig länk)
↑ N.Bohr . Nukleära fotoeffekter // Natur . — 1938 . - Nr 141 . Arkiverad från originalet den 20 mars 2012.
↑ N. Bor . Nukleär fotoelektrisk effekt // UFN . — 1938 . - Nr 7 . Arkiverad från originalet den 20 mars 2012.
↑ J. Levinger. fotonukleära reaktioner. - Moskva: IL, 1962. - S. 258.
↑ NCRP-rapport #79. Neutronkontamination från medicinska elektronacceleratorer. - Nationella rådet för strålskydd och mätningar, 1984. - S. 19. - ISBN 0-913392-70-7 . ISSN 0083-209X

Länkar

Fotonukleära reaktioner - artikel från Great Soviet Encyclopedia .
Photonuclear Reactions , Encyclopedia of Physics .