Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей брошюре приведены многочисленные примеры использования лазеров в исследованиях атомных ядер. В одних случаях уже получен большой экспериментальный материал относительно свойств ядер— измерения зарядовых радиусов и ядерных моментов для широкого круга изотопов. Результаты этих экспериментов существенно расширили наши представления о размерах и форме атомных ядер, позволили судить, как меняются эти характеристики при изменении числа про* тонов или нейтронов, энергии возбуждения, от каких факторов зависят. В других случаях, например в попытках воздействовать лазерным излучением на скорости ядерных процессов, эксперименты еще впереди. Однако уже первые опыты указывают на их несомненную перспективность.
Использование лазеров значительно расширяет возможности экспериментальных методов ядерной физики — увеличивает чувствительность (детектирование одиночных атомов), позволяет работать с ультрамалыми количествами вещества, проводить более точные измерения зарядовых радиусов и ядерных моментов. Расширение этих возможностей не ограничено примерами, рассмотренными в данной брошюре. Можно отметить высокоэффективные лазерные источники ионов, которые находят применение в масс-сепараторах, масс-анализа-торах, ускорителях заряженных частиц. Обсуждаются возможности использования лазеров для прецизионных измерений масс ядер (по резонансным частотам коле-
58
бательных спектров молекул), для создана сверхсильных электрических и магнитных полей, сверхвысоких давлений.
Необходимо отметить в этом направлении работы по прямому преобразованию ядерной энергии в энергию лазерного излучения. Эти работы имеют принципиальное значение, так как энергия лазерного излучения относится к таким формам энергии, которая в принципе способна целиком переходить в работу (к этим же формам относится механическая и электрическая энергия, в то время как в случае химической или тепловой энергии значительная ее доля переходит в тепло и теряется). Это свойство лазерного излучения определяется его направленностью. В то же время ядерная энергия обусловлена, как правило, беспорядочным, хаотическим движением, хотя и с очень большими скоростями (и, следовательно, с очень высокой эффективной температурой). Преобразование ядерной энергии в механическую или электрическую приводит к определенным потерям, так как оно идет через тепловую форму энергии (она возникает при ионизации и возбуждении атомов среды). Поэтому определенные преимущества имело бы прямое преобразование энергии ядерных частиц в энергию лазерного излучения, т. е. осуществление прямой ядерной накачки.
В настоящее время уже разработано несколько типов лазерных сред, которые дают вынужденное излучение при взаимодействии с этой средой нейтронов, у-лучей и заряженных частиц (осколков деления и а-частиц). Необходимым условием этого преобразования является передача энергии электронам, которые способны переводить атомы или молекулы вещества в инверсное состояние (т. е. в такое состояние, когда атомов в возбужденном состоянии больше, чем в основном). Наиболее перспективным является использование больших потоков нейтронов на ядерных реакторах. Для этого необходимо использование так называемых сред-преобразователей со специальными добавками, которые эффективно поглощают нейтроны и производят заряженные частицы, интенсивно ионизирующие среду. Такая двухступенчатая схема имеет определенные преимущества: нейтроны взаимодействуют с веществом в большом объеме и обеспечивают однородность накачки, а заряженные частицы выделяют свою энергию в малых
59
объемах (вблизи места поглощения), что создает высокую локальную плотность выделения энергии. Все это позволяет осуществить интенсивную накачку больших объемов преобразующей среды и достигнуть высокой мощности лазерного излучения. В качестве добавок в лазерную среду используют изотопы 3He, 6Li, 10B, 235U, которые имеют большие сечения захвата нейтронов, а продуктами реакций являются протоны, а-частицы, осколки деления. Уже показана возможность работы таких лазеров, когда он начинал генерировать световое излучение при облучении его среды потоком нейтронов с интенсивностью ДО 1012 С-1 •CM2.
Другим направлением является прямая накачка благородных газов с помощью жесткого у-излучения, испускаемого при распаде радиоактивных ядер, и пучка ускоренных электронов. При этом была достигнута высокая эффективность накачки — до 10—15% и интенсивный поток ультрафиолетового излучения ~1010 Вт/см2.
Весьма заманчивым представляется непосредственное преобразование термоядерной энергии в лазерное излучение. При этом можно было бы осуществить замкнутый цикл, когда часть энергии лазерного излучения направлялась бы снова в термоядерный реактор для поддержания реакции, а остальное излучение использовалось бы потребителем.
При обсуждении перспектив дальнейшего использования лазерного излучения в исследованиях атомных ядер необходимо иметь в виду быстрый и непрерывный прогресс в создании самих лазеров — рост их мощности, повышение стабильности, расширение диапазона светового излучения. Все это, безусловно, найдет отражение в экспериментальных методах ядерной физики. Особенно большие перспективы имели бы лазеры с более короткой длиной волны — рентгеновские и у-лазеры. Возможность создания таких лазеров широко обсуждается в научной литературе.
