Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
Согласно закону сохранения импульса при вылете из ядра частицы с энергией E0 последнее в результате отдачи получает энергию, равную Е = Е0т/М, где т и M — соответственно массы вылетевшей частицы и ядра. Измерение энергетических спектров ядер отдачи нередко дает новую информацию об изучаемом процессе. При вылете из ядра нескольких частиц измерения позволяют определить суммарный импульс этих частиц. Это особенно важно в тех случаях, когда одну из частиц невозможно зарегистрировать, как, например, нейтрино при ?-распаде.
Иногда, например, при захвате электрона ядром измерение спектров ядер отдачи позволяет непосредственно определить энергию, уносимую нейтрино. Однако эти измерения, как правило, сопряжены с большими трудностями, а иногда и вообще невозможны из-за низкой энергии ядер отдачи (она тем ниже, чем меньше отношение масс т/М, и в случае нейтрино, например, обычно не превышает 1 кэВ). Поэтому ядро отдачи либо не достигает чувствительного объема детектора, либо вызывает на его выходе слишком малый сигнал, сравнимый с уровнем шумов.
Для решения этой задачи создана методика, использующая эффект Доплера. Как известно, при воздействии светового излучения на движущийся атом его резонансные частоты поглощения сдвигаются на величину, определяемую эффектом Доплера. Обычно ядро отдачи движется вместе с электронной оболочкой (атом отдачи), и это позволяет для определения его скорости использовать метод резонансного возбуждения. В типичном эксперименте атомы отдачи облучаются излучением ла-
47
зера с перестраиваемой длиной волны под двумя углами по отношению к направлению их движения — под 90° (в этом случае эффект Доплера отсутствует) и под малым углом. Изменяя длину волны лазерного излучения, измеряют резонансные частоты (например, по интенсивности рассеянного излучения) для обоих случаев и, таким образом, определяют сдвиг частоты, а следовательно, скорость движущегося атома.
Скорости атомов отдачи лежат в широких пределах — от 104 (при вылете из ядра электронов, у-кван-10в или нейтрино) до 108 см/с (в ядерных реакциях с испусканием тяжелых частиц). Таким скоростям соответствуют сдвиги частот в диапазоне 101—105 МГц. В то же время, как уже отмечалось выше, ширину резонансной линии можно довести до 1 МГц. Отсюда видна принципиальная возможность определения скорости ядер отдачи при вылете из них любых, даже самых легких частиц. Эта возможность ограничена со стороны малых энергий химической связью атомов в веществе. При больших же сдвигах частот энергия определяется с очень высокий точностью — до 1O-4—10~5, что сравни-го с лучшими достижениями других методов, например маґнитйого анализа.
Можно упомянуть еще два возможных применения этого метода определения скоростей ядер.
Во многих случаях из ядра испускаются две частицы, одна из которых недоступна для регистрации (например, нейтрино). Однако можно определить ее энергию, если с помощью данного метода измерить скорости ядра и энергию другой частицы. Это может быть использовано, например, в измерениях угловых корреляций электрон—нейтрино при ?-распаде, исследования которых имеют большое значение для выяснения механизма этого процесса.
Если, кроме скорости ядра отдачи, измерить его энергию (например, по прохождению ускоряющего промежутка с известной разностью потенциалов), то можно определить его массу. Эти величины связаны известными соотношениями:
Mv2
E= 7~ и E = Q(U1-U2),
где q — заряд иона, a U1 и U2 — потенциалы на концах ускоряющего промежутка. При этом в случае легких
48
ядер может быть достигнута довольно высокая точность, сравнимая с получаемой другими методами (до 1O-"5 массовой единицы, или 10~29 г).
Данная методика определения скоростей ядер имеет те же основы, что и описанная выше методика счета одиночных атомов. Поэтому она позволяет проводить эксперименты с малыми количествами исследуемых ядер.
ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СКОРОСТИ ЯДЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ
Уже с первых лет после открытия радиоактивности ученых интересовал вопрос, могут ли какие-либо внешние воздействия изменить скорость радиоактивного распада. Радиоактивные ядра подвергали воздействию высоких и низких температур, давлений, электрических и магнитных полей — и все безрезультатно. В свете современных представлений о строении вещества это не кажется удивительным, ведь все перечисленные воздействия оказывают влияние лишь на электронную оболочку и не затрагивают ядер. В этом отношении не должно составлять исключения и лазерное излучение, так как энергия световых квантов (несколько электронвольт) на много порядков меньше типичных энергий ядерных переходов (104—105 эВ), а создаваемые даже самыми мощными лазерами напряженности электрического поля недостаточны для индуцирования переходов в ядре.
Однако имеется ряд случаев, когда лазерное излучение может оказывать влияние на скорости ядерных процессов. Эти процессы вызывают в последнее время большой интерес и служат темой многочисленных теоретических расчетов. Здесь следует отмстить работы советских ученых: В. И. Гольданского, В. А. Намиота, Л. А. Ривлина, Д. Ф. Заренкого, И. М. Тернова и других.
