Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
рассеяние 7-квантов сводится к их поглощению (с образованием возбужденных
состояний) и последующему испусканию 7-квантов (при этом ядра
возвращаются в невозбужденные состояния).
Е=Е,
А
Ет
Е^ Еур - Ття ЕЕур - Тотд
А
-Ел"
А
в)
Рис. 168. Схемы резонансного поглощения и рассеяния 7-квантов ядрами.
Рассмотрим особенности этих процессов (рис. 168). Для перехода ядра А на
уровень с энергией Еур в ядро необходимо внести энергию, равную Еур ±
Г/2, где Г - ширина уровня (рис. 168а). При г " Ю-10с Г " 6 • 10_6 эВ.
Если Е " 100 кэВ, то точность, с которой вносимая в ядро энергия должна
быть равна энергии уровня (она определяется отношением Г/?ур), составляет
6 • 10-6/105 " 6 • 10-11. Получить 7-кванты, энергия которых с такой
точностью совпадает с ?ур, можно только, используя излучение других, уже
возбужденных на этот уровень ядер. Однако и при испускании 7-квантов
(рис. 1676) и при поглощении (рис. 167в) ядра приобретают энергию отдачи.
Оценим энергию отдачи для ядер с массовым числом А = 100, находящихся на
уровне с энергией Еур = 100 кэВ и испускающих 7-кванты. В соответствии с
законом сохранения импульса р0тд = р1 = Е1/с " Eyv/c. Энергия отдачи Тотд
=
= Ро /2Мд И Е2/2Мас2 и ---------------(1°5эВ)2 "- " 5 • 10_2эВ. Энергия
i'omi а ур/ 2 • 100 • 931,5 • 10 эВ
отдачи Тотд <С Е1, но Тотд Г. Поэтому энергии испущенных 7-квантов (Е~/ =
^Ур - Тотд) не хватит для их резонансного поглощения невозбужденными
ядрами (рис. 168в). К тому же для резонансного возбуждения уровня энергия
падающих квантов также должна быть больше энергии уровня на величину,
равную Тотд. Т. о., резонансное рассеяние может происходить, только если
2Тотд < Г. Оценки для Г и Тотд показывают, что это условие не
выполняется. Поэтому для осуществления резонансного рассеяния были
предложены разные методы компенсации энергии отдачи.
408
Глава 15
Самым эффективным оказался метод, предложенный Мёссбауэром в 1958 г. Он
предложил и в качестве излучающих, и в качестве поглощающих ядер
использовать ядра, связанные в кристаллической решетке. При излучении 7-
квантов импульс отдачи может восприниматься всем кристаллом, энергия
отдачи в этом случае оказывается очень малой, много меньшей, чем ширина
уровня. В самом деле, при массе кристалла т = 1 мг и энергии уровня Еур "
100 кэВ, получаем:
Щр (105эВ) • 1,6 • 10~12эрг/эВ 20
°тд 2Мс2 2 • 10_3 г • (3 • 101Осм/с)2 эрг ~ '
Эффект Мёссбауэра имеет гораздо большее значение, чем просто метод
изучения характеристик энергетических уровней ядер. Он предоставляет в
руки исследователей (не только физиков, но и химиков, биологов и пр.)
инструмент, дающий возможность проводить различные исследования с
огромной точностью, определяемой отношением Г/Еур. В частности, метод
Мёссбауэра был использован для доказательства существования
гравитационных свойств у 7-лучей. Мёссбауэровская компенсация энергии
отдачи ядер, по-видимому, неизбежна в любых проектах по созданию газеров
- квантовых генераторов 7-лучей.
§ 79. Цепная реакция деления. Проблемы ядерной энергетики
Основой ядерной энергетики является процесс деления тяжелых ядер. В §75
мы познакомились с процессом спонтанного деления тяжелых ядер, и
выяснили, что этот процесс энергетически выгоден, но ему препятствует
потенциальный барьер. Поэтому процесс идет за счет туннельного эффекта.
Массы ядер-осколков настолько велики, что процесс идет очень медленно, с
огромными периодами полураспада.
Рассмотрим важную характеристику делящихся ядер - энергию активации.
Построим график зависимости (рис. 169) энергии взаимодействия U(г) ядер-
осколков от расстояния между ними, считая, что деление уже произошло
(график следует строить справа налево). При г = оо U(г) = 0. При
сближении осколков U(r) растет из-за их ку-лоновского отталкивания. При
соприкосновении ядер-осколков (г ~ i?i + + R2) начинают действовать
ядерные силы притяжения, и кривая U(r) идет вниз. Она подходит к оси
энергии в точке А, определяющей величину энергии Qf, выделяющейся при
делении. Для ядер с А = 230^-240, как мы уже знаем, Q/ ~ 200 МэВ. Отрезок
АВ на оси энергий соответствует реальной высоте барьера, который
предстоит преодолеть осколкам
§79. Цепная реакция деления. Проблемы ядерной энергетики 409
Рис. 169. Потенциальный барьер, мешающий делению тяжелых ядер.
при делении ядра. Энергия, определяемая этим отрезком, и называется
энергией активации Еакт. Для расчета этой важной характеристики получено
несколько формул. Приведем одну из них:
.Еакт(МэВ) = 0,555(46 - Z2/A). (15.18)
Отношение Z2/A называется параметром деления. От его зна-чения зависит
величина энергии активации. У ядер с А = 230 240
параметр Z2/А " 36 37 и Егкт " 5,5 5,0 МэВ.
Деление ядер под действием нейтронов. Деление ядер можно вызвать, сообщив
им извне энергию, превышающую высоту барьера. Наилучшим образом для этой
цели подходит облучение ядер нейтронами, т. к. между нейтронами и ядрами
нет кулоновского отталкивания, и нейтроны легко проникают внутрь ядер.
