Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
/>ц-</-ц-3Не+у, (106.7)
которая идет с большой вероятностью наряду с реакцией рц-d-*3He + \i~. В реакции (106.7) мюон захватывается ядром 3Не и выбывает из дальнейшего процесса. В связи с этим вероятность Ws захвата мюона ядром также является важным параметром рассматриваемой проблемы.
Результаты опыта Альвареца стали понятны после теоретических расчетов, которые показали, что из всех этапов ц-катализа самым медленным является образование ц-моле-кулы, скорость которого для жидкого дейтерия
Х™°р = 4104 <Г1<:Х.М = 4,6-103 с-1, (106.8)
где Х,м—скорость распада мюона. Специальные измерения Хт, сделанные в 1960 г. в жидком дейтерии, дали близкое значение:
X.i"m=-7,6-104c-1. (106.9)
Положение с ц-катализом стало казаться безнадежным, и интерес к этой проблеме почти повсеместно пропал.
Новый энтузиазм вспыхнул после опытов В. П. Джелепова с сотрудниками, выполненных в 1966 г. в Дубне на диффузи-
* В одном случае было зарегистрировано два цикла ц-катализа.
§ 106. Взаимодействие мюонов с веществом
191
онной водородной камере с примесью дейтерия. Эти опыты дали
Х^еа=7,5\05 с~1, (106.10)
т. е. в 10 раз больше теоретического и экспериментального значений Хт для жидкого дейтерия. Такие же результаты были получены через 10 лет в опытах с газообразным дейтерием. Полученное значение Xm=7,5 105 с_1>Хй= =4,6-105с~1. Поэтому если W,<:1, то можно рассчитывать на многократное повторение процесса.
Спрашивается, почему Хт для жидкого дейтерия в 10 раз меньше, чем для газообразного? Откуда берется такая сильная температурная зависимость скорости реакции? Для ответа на этот вопрос Э. А. Весман предложил*, а дубненские теоретики рассчитали резонансный механизм образования ц-молекулы d\id, который весьма чувствителен к Температуре.
Рассмотрим схему образования ц-молекулы d\id. После того как ц</-атом сблизится с одним из дейтронов молекулы D2, образуется сложная система [(d\id)d2e], состоящая из ц-молекулы d\id, второго дейтрона из D2 и двух электронов (рис. 405). Точные расчеты Л. И. Пономарева с сотрудниками (Дубна)**, основанные на решении задачи трех тел, показали, что ц-молекула d\id имеет четыре энергетических состояния с относительно большими значениями энергии связи е (от 36 до 325 эВ) и одно слабосвязанное с е = 2±0,1 эВ. Если </ц</-молекула образуется в одном из сильносвязанных состояний, то выделяющуюся при этом энергию связи может унести электрон (энергия ионизации которого равна 15 эВ). В этом случае никакой резонансной зависимости вероятности образования фс?-молекулы от температуры, очевидно, быть не может, так как кинетическая энергия ц</-атома (0,004 эВ в жидком дейтерии и 0,04 эВ в газообразном) пренебрежимо мала по сравнению с энергией связи.
Совсем иначе обстоит дело при образовании слабосвязанного состояния с 6 = 2 эВ, когда освобождающейся энергии не хватает на ионизацию электрона. Другой процесс передачи энергии—диссоциация молекулы D2 — также требует большой энергии (около 4,5 эВ). Поэтому единственно возможным процессом передачи энергии является возбуждение колебательных уровней в системе \[d^d)dle^, расстояние между которыми мало (АЕоепк0,3 эВ). Точный расчет показал, что
• Веемая Э. А.//Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. С. ИЗ. ** Вшшцкнй.С. И., Пономарев Л. И., Пузыиин И. В. ¦ др.//Журн. зкеперим. и теорет. физ. 1978. Т. 74. Вып. 3. С. 849—861.
192
Глава XVIII. Пептоны
Рис. 405 Рис. 406
для возбуждения седьмого уровня необходима энергия .Е7 = 2,01 эВ, которая очень близка к энергии связи слабо возбужденного состояния ц-молекулы. Очевидно, в этом случае за счет кинетической энергии ц</-атома Т^л (т. е. температуры среды) можно обеспечить точное равенство
е+Гм = ?-7, (106.11)
при котором должно наблюдаться резонансное возрастание скорости образования ц-молекулы (рис. 406).
Экспериментальное подтверждение этого заключения было получено в 1979 г. В. П. Джелеповым с сотрудниками *, которые измерили температурную зависимость Хт для дейтерия в интервале температур от 30 К (жидкий дейтерий) до 400 К. Эксперимент показал возрастание Хт от 0,76-10 до 8 ¦ 10s с-1, т. е. более чем в 10 раз.
Из расчетов Л. И. Пономарева с сотрудниками следует, что наиболее благоприятными соотношениями скоростей для всех этапов процесса ц-катализа должна обладать система dpt. В этой системе также имеется слабосвязанное состояние с еще меньшей энергией связи е = 0,7 ±0,1 эВ, значение которой достаточно для возбуждения третьего осцилляторного уровня системы [(й?цг)й?2е]. В этом случае расчеты дают для скорости образования ц</-атома 1,«10 с" , скорости изотопного обмена Хех = 2¦ 108 с-1, скорости образования й?ц/-молекулы Хт=108с"\ скорости реакции </ц/-»я-|-4Не-|-ц~ &у=1012с-1 и вероятности захвата ц~-ядром 4Не W,«10~2.
Такие параметры должны обеспечить за время жизни мюона (тц = 2,2- Ю-6 с) стократное использование его в последовательных циклах ц-катализа.
Экспериментальная проверка расчетных значений параметров фмсатализа началась в 1979 г. работами В. П. Джелепова
