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:
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.
Prima reacție fotonucleară observată a fost fotodezintegrarea deuteronului :
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] .