Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
осуществлении реакции по методу "пучок - мишень" затраты на ускорение
нейтронов превосходят энергию, которая может быть "снята" с мишени.
Энергетически выгодными являются
§78. Взаимодействие с ядрами 7-лучей
405
"термоядерные" реакции синтеза d + t (t-ядро атома fT), когда и те и др.
частицы получают нужную для преодоления кулоновского барьера энергию от
нагретой до очень высоких температур среды, в равновесии с которой они
находятся. Из соотношения, связывающего наивероятнейшую энергию Твер с
температурой среды Т (Твер = кТ), нетрудно получить, что при Твер =
икул/2 " 0,2 МэВ температура должна достигать Т " 2-109 К. При более
низкой температуре реакция может идти, но только на нейтронах "хвоста"
максвелловского распределения и за счет туннельного эффекта. Наилучшего
успеха удалось добиться в "токама-ках" - тороидальных камерах с магнитной
стабилизацией дейтериево-тритиевой горячей плазмы. Плазма, получаемая при
пропускании очень больших импульсов тока через камеру, наполненную смесью
(D + Т) при давлении ~ 10-5 атм., удерживается от соприкосновения со
стенками камеры магнитным полем. При температуре 108 К реакции синтеза в
плазме возбуждаются (на это указывает появление нейтронов), но КПД даже
самых успешных установок этого типа пока остается меньшим единицы.
Установки продолжают совершенствоваться, создаются международные проекты,
и надежда на получение управляемого термоядерного синтеза остается.
§ 78. Взаимодействие с ядрами 7-лучей. Фотоядерные реакции. Эффект
Мёссбауэра
Процесс образования пар е_-е+. В §35 рассматривалось взаимодействие
рентгеновских лучей с веществом. Основными процессами, уменьшающими
интенсивность пучка рентгеновских лучей при прохождении его через
вещество, являются фотоэффект и компто-новское рассеяние. Эти же процессы
являются преобладающими для 7-лучей с Е1 < 1 МэВ. При Е1 > 1 неск. МэВ
становится возможным, а при еще больших энергиях - преобладающим -
процесс образования элекронно-позитронных пар: е_ -е+. Этот процесс
является результатом электромагнитного взаимодействия 7-излучения и поля
любой заряженной частицы. Однако, его вероятность пропорциональна
квадрату заряда частицы Z2, и при взаимодействии с ядрами он оказывается
существенно более вероятным, чем при взаимодействии с электронами.
Энергия, выделяющаяся в этом процессе, распределяется между
образовавшимися в самом процессе электроном и позитроном и ядром, в поле
которого произошел процесс. Минимальная энергия 7-кванта, при которой
становится возможным процесс образования пары е--е+, определяется
законами сохранения энер-
406
Глава 15
гии и импульса и равна:
Е,
'7мин -
2гаес2(1 + те/М),
(15.16)
где М - масса заряженной частицы, в поле которой произошло
взаимодействие.
Этот процесс не относится к ядерным реакциям. Но его следует учитывать
при расчетах ослабления потоков 7-лучей при прохождении их через
вещество. В частности, и линейный коэффициент ослабления /i, входящий в
формулу (6.20), и эффективное сечение сг*, входящее в формулу (6.24), в
общем случае складываются из трех компонент:
Фотоядерные реакции. Если на мишень, содержащую ядра с массовым числом А,
падает пучок 7-квантов с Е1 > ?(tm)в или Е1 > ?^в, то под действием таких 7-
лучей в мишени могут происходить фотоядерные реакции (771) и (7р). (Эти
процессы происходят под действием не ядерных, а электромагнитных сил, но
т. к. они сопровождаются изменениями структуры ядер (массовые числа ядер
уменьшаются на единицу), то их относят к ядерным реакциям.
Самой меньшей энергией связи обладает ядро атома дейтерия: Есв = = 2,22
МэВ. В этом ядре = е^в = ^св = 2,22 МэВ. Бета-распад изотопа таллия IfTl
сопровождается испусканием 7-лучей с энергией Е1 = = 2,6 МэВ, достаточной
для осуществления реакции: 7 + 2D ->\ Н + + п. Если окружить
радиоактивный препарат, содержащий |?8Т1, толстым слоем тяжелой воды D2O,
то с поверхности такого устройства будут вылетать нейтроны со средней
энергией ~ 0,2 МэВ. Это устройство является источником нейтронов (протоны
рассеиваются и тормозятся в воде). Однако эффективное сечение
рассматриваемой реакции мало, нейтронное излучение перемешано с 7-лучами,
испытавшими в веществе комптоновское рассеяние, или прошедшими через него
без взаимодействия. Поэтому в качестве источников нейтронов удобнее
использовать другие ядерные реакции (см. §77).
Реакции резонансного поглощения и резонансного рассеяния 7-квантов. Если
энергия 7-лучей меньше энергии связи частиц в ядре, то фотоядерные
реакции становятся невозможными. Под действием таких 7-лучей может
происходить резонансное поглощение 7-квантов с образованием ядер в одном
из возможных для него возбужденных состояний. Использование этого
процесса является
№ ---- "Ь "Ь /in?
(15.17)
(15.17')
§78. Взаимодействие с ядрами 7-лучей
407
удобным методом определения не только энергии, но и среднего времени
жизни возбужденных состояний и др. его характеристик. Резонансное
