Теория атомных столкновений - Мотт Н.
Скачать (прямая ссылка):
где Д - допплерова ширина, а Г - истинная ширина резонансного уровня.
Функция / сводится к единице при Г>Д и
становится равной утс^гД/Г дри Д С Г. Мы имеем, таким
образом:
Максимум сечения - 2,4 • 10'21 см2 (Д " Г),
Максимум сечения = 3,0 • 10-21 Д/Г см2 (Д > Г); (13.113)
для урана Д = 0,12 эв.
в) Для радиационного захвата тепловых нейтронов сечение равно 1,2 • 10-24
см2.
'г) В резонансной области сечение распада меньше 0,1 сечения
радиационного захвата.
д) Тепловые нейтроны вызывают деление с сечением в интервале' между 2 •
10-24 и 3 • 10~ысм2.
е) В случае медленных нейтронов сечение деления изменяется, как о-1 (о -
скорость нейтрона), по крайней мере до энергий в несколько электрон-
вольт.
г) Опытный факт заключается в наличии ^-активности только для урана, в
отличие от эффектов, вызываемых тепловыми и быстрыми нейтронами.
26 н. Мотт и Г. Месси
402
ГЛ. ХШ. ЯДЕРНЫЕ СТОЛКНОВЕНИЯ
ж) Нейтроны с энергией 2 - 3 Мэв также вызывают деление, при этом
сечение - величина порядка 0,5-10~2t см2 и лишь незначительно изменяется
в рассматриваемом энергетическом интервале.
1. Резонансный радиационный захват. Естественный уран представляет собой
смесь трех изотопов: U238, U236 и U234> встречающихся в соотношении 1 :
1/139 : 1/17000. Максимальное сечение л/А2 для захвата нейтрона с
энергией 25 эв равно 2,5 • 10-20 см2. Из результата "б" следует, что
захват, сопровождающийся излучением, может быть обусловлен только
наиболее распространенным изотопом. Воспользовавшись теми же методами
анализа, как и в § 2, можно показать, что парциальная нейтронная ширина
уровня Г" равна Гг/40 чв Г/40 и Д/40 при Г> Д и <Д соответственно.
Поскольку Д = 0,12эе, отсюда следует, что Г" > 0,003 эв. Анализ данных о
захвате ядер средней массы показывает, что Гп должно быть порядка 0,01 эв
(т. е. 1,4 ¦ 10_3 • 251/2) при резонансной энергии в 25 эв. Поскольку в
случае тяжелых ядер, например урана, эта величина должна быть меньше, Гп
можно приближенно положить равным 0,003 эв. Величина 1'г не может в таком
случае превышать 0,12 эв; однако последнее значение, вероятно, не на
много меньше, чем это следует из опытных данных, полученных для более
легких ядер.
Определив значения Г" и Гг, можно найти сечение радиационного захвата
тепловых нейтронов, если оно обусловливается только одним резонансным
уровнем. В этом случае
Qr (теплов.) = ^ Г" (теплов.) ^ . (13.114)
Поскольку Г" пропорционально скорости нейтрона, можно вычислить Г"
(теплов.); это дает •
Qr (теплов.) ^ 0,4 ¦ 10-24 см2. . (13.115)
Из результата "в" следует, что это значение составляет примерно х/з
наблюдаемого. Это значит, что сечение обусловливается не одним, а
несколькими уровнями. Если учесть влияние уровней энергии, лежащих как
выше, так и ниже тепловой энергии, то множитель 3 указывает на то, что
расстояние между уровнями D комплекса U239 - величина того же порядка,
что и наблюдаемая резонансная энергия (около 20 эв).
2. Деление ядер под действием медленных нейтронов. Переходя к вопросу о
делении ядер под действием медленных нейтронов, легко убедиться в том,
что это деление не может происходить за счет распространенного изотопа.
Из результата "г"
§ 6. ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР
403
следует, что в точке резонанса парциальная ширина уровня для деления
меньше 0,1 Гг. Поскольку будет убывать по мере увеличения энергии
нейтрона (см. ниже), из результата "в" следует, что сечение деления 1)238
под действием медленных нейтронов меньше 1,2 • 10~26 см2, т. е. в 20 с
лишним раз меньше наблюдаемого сечения для естественного урана.
Сечение Qf для деления под действием тепловых нейтронов должно поэтому
лежать между 3 • 10~22 и 4 • 10-22 см% и между 3 • 10-2о.и 4 • \0~20 см2
для U235 и U23i соответственно. Рассмотрим теперь две возможности:
возбужденный комплекс лежит либо в области дискретных, либо в области
перекрывающихся уровней.
В первом случае рассматриваемый эффект определяется в основном отдельным
резонансным уровнем и
<?/¦=F С1 ± 2TTi) Г" 1> - > (13Л16)
* v + 1' (s-Brf+Lv
где Г/ -ширина уровня, соответствующего делению. Величина Г" должна быть
примерно одинаковой для всех трех . изотопов, так что для тепловых
нейтронов ее снова можно положить равной 10~4 эв. Для того чтобы
удовлетворялось условие "ж",
j
Er или у Г, или обе эти величины должны превышать несколько
электрон-вольт. Подставляя численные значения и учитывая, что Г > Г^, мы
приходим к заключению, что если ответственным за эффект изотопом в данном
случае является U234, то как Г, так и Er должно быть значительно меньше 1
эв. [Если положить s = 0 и выбрать верхний знак в формуле (13.116), то
Г<.^эе и 1| < эв.] Эта возможность поэтому исключается.
Таких противоречий не возникает, если рассматриваемый эффект может быть
приписан U235. Делая различные предположения относительно спинов, мы
получаем в этом случае: 1) при 's>3/2 Г < 13 эв, |Ен|<Ззв; 2) при s-1/2 и
нижнем знаке в формула (13.116) Г<[7эв, |2?н[<1,7 эв; 3) при s = 1/2
