Reacții fotonucleare

Reacțiile fotonucleare ( în engleză photodisintegration , phototransmutation ) sunt reacții nucleare care apar atunci când razele gamma sunt absorbite de nucleele atomilor [1] . Fenomenul de emisie de nucleoni de către nuclei în timpul acestei reacții se numește efect fotoelectric nuclear . Acest fenomen a fost descoperit de Chadwick și Goldhaber în 1934 [2] și investigat în continuare de Bothe și Wolfgang Gentner [3] și mai târziu de Niels Bohr [4] [5] .

Când o rază gamma este absorbită, nucleul primește un exces de energie fără a-și schimba compoziția nucleonilor, iar un nucleu cu un exces de energie este un nucleu compus . Ca și alte reacții nucleare, absorbția unui cuantic gamma de către nucleu este posibilă numai dacă sunt îndeplinite rapoartele necesare de energie și spin . Dacă energia transferată nucleului depășește energia de legare a nucleonului din nucleu, atunci dezintegrarea nucleului compus format are loc cel mai adesea cu emisia de nucleoni, în principal neutroni . O astfel de dezintegrare duce la reacții nucleare și care se numesc fotonucleare , iar fenomenul de emisie de nucleoni în aceste reacții este efectul fotoelectric nuclear . Denumiri: $(\gamma ,n)$ $(\gamma ,p)$

$\gamma$ - particulă de radiație gamma sau gamma quantum ( foton cu energie mare);
$n$ - neutroni ;
$p$ - proton .

În teoria reacțiilor fotonucleare se utilizează modelul statistic al nucleului compus și modelul efectului fotoelectric direct rezonant [6] .

Reacțiile fotonucleare au loc cu formarea unui nucleu compus, totuși, atunci când reacțiile au fost inițiate pe nuclee cu un număr de masă , s-a constatat experimental că randamentul este prea mare în comparație cu randamentul prezis de acest mecanism. În plus, distribuția unghiulară a protonilor cu cea mai mare energie s-a dovedit a fi neizotropă. Aceste fapte indică un mecanism suplimentar de interacţiune directă, care este esenţial doar în cazul reacţiilor - pe nuclee grele şi medii. Reacția continuă întotdeauna cu formarea unui nucleu compus. $(\gamma ,p)$ $A>100$ $(\gamma ,p)$ $(\gamma ,n)$

Prima reacție fotonucleară observată a fost fotodezintegrarea deuteronului :

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

Se întâmplă fără formarea unui nucleu compus, deoarece nucleul de deuteriu nu are stări excitate și poate fi cauzat de cuante gamma de energie relativ scăzută (peste 2,23 MeV [7] ).

Cu toate acestea, există doar câțiva nuclizi cu o energie de legare scăzută a nucleonilor și, pentru a excita reacții fotonucleare cu alte nuclee, sunt necesari fotoni cu o energie de cel puțin 8 MeV. Fotonii cu o astfel de energie apar în unele reacții nucleare sau se obțin atunci când electronii foarte rapid decelerează în materie . În timpul dezintegrarii radioactive , de regulă, astfel de cuante gamma nu se formează, prin urmare, cuante gamma de descompunere β nu pot excita reacții fotonucleare și pot provoca apariția unei noi radioactivitati induse în alte substanțe.

Dacă beriliul sau apa grea servesc ca moderator într-un reactor nuclear , atunci datorită energiei de legare neobișnuit de scăzută a neutronului din 9 Be și 2 H, reacțiile fotonucleare au loc efectiv asupra nucleelor acestor nuclizi sub acțiunea cuantelor gamma de radioactiv. decăderea . În același timp, produșii radioactivi de fisiune ai uraniului emit în special multe cuante gamma , dar cuante gamma dintr-un reactor nuclear emit și alte substanțe activate de neutroni. Astfel, în reactoarele nucleare cu apă grea și beriliu există o sursă suplimentară de neutroni datorită reacției fotonucleare [1] . $(\gamma ,n)$

Note

↑ 1 2 Klimov A.N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. - Moscova: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
↑ J. Chadwick , M. Goldhaber . Efect fotoelectric nuclear (descompunerea deuteronului prin raze γ) // Phys . - 1934 . - T. 14 , nr 8 . Arhivat din original pe 22 mai 2013.
↑ W. Bothe și W. Gentner. Atomumwandlungen durch γ-Strahlen // Zeitschrift für Physik A Hadroni și nuclei. — 1937 . - T. 106 , nr 3-4 . (link indisponibil)
↑ N.Bohr . Foto-efecte nucleare // Natura . — 1938 . - Nr. 141 . Arhivat din original pe 20 martie 2012.
↑ N. Bor . Efect fotoelectric nuclear // UFN . — 1938 . - Nr. 7 . Arhivat din original pe 20 martie 2012.
↑ J. Levinger. reacții fotonucleare. - Moscova: IL, 1962. - S. 258.
↑ Raportul NCRP #79. Contaminarea cu neutroni de la acceleratoarele de electroni medicale. - Consiliul Național pentru Protecția și Măsurătorile Radiaționale, 1984. - P. 19. - ISBN 0-913392-70-7 . ISSN 0083-209X

Link -uri

Reacții fotonucleare - articol din Marea Enciclopedie Sovietică .
Reacții fotonucleare , Enciclopedia de fizică .