Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
РЕЗОНАНСНЫЕ ЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ — процессы, для к-рых характерна резкая немонотонная зависи-
313
РЕЗОНАНСНЫЕ
РЕЗОНАНСНЫЕ
314
мость эфф. сечения от энергий бомбардирующих частиц. Для сечений мв. ядерных реакций и Процессов рассеяния микрочастиц характерно наличие острых резонансов. Это связано с существованием квазистационарных (метастабильиых) состояний в промежуточных состав* иых системах, время жизни к-рых заметно больше времени пролёта частицы через ядро (см. Составное ядро). Стабильность таких квазистациоиарных состояний в условиях, когда возможно («открыто») много каналов распада, обусловлена кулоиовским и центробежным барьерами, задерживающими процессы распада, а также сложностью внутр. структуры. Вероятности образования конфигураций, связанных с каналами распада, для таких структур оказываются малыми. О. Бор объяснил природу узких резонансов, наблюдающихся в ядрах при высоких энергиях возбуждения, исходя из представления о существовании квазистациоиарных уровней ядер сложной (статистической) природы II].
Если энергия падающей частицы такова, что полная энергия системы равна (или почти равиа) энергии, соответствующей одному из уровней промежуточного ядра, то вероятность его образования значительно больше, чем в случае, когда энергия частицы соответствует промежутку между энергетич. уровнями. Поэтому возникают характерные максимумы выхода различных ядерных процессов в зависимости сечения о от энергии налетающих частиц. Если вероятность ядерного процесса определяется только резонансным рассеянием в единств, резонансе, то применима Брейта —Бигнера формула
_ 12 2J + 1 Г» Гг ,.і
Л (2s+l)(2I+l) (/-/р)»+(Г/2)> * ' '
Здесь J — спин промежуточного ядра (резонанса), s — спин частицы, I — спин ядра-мишени, Я — длина волны де Бройля, Ге, Гг — парциальные ширины резонанса, соответствующие входному и выходному каналам ядериой реакции, Г — полная ширина резонанса, «Гр — резонансная энергия частицы.
Полную амплитуду рассеяния / можно записать в виде
/—/нр+/р> (2)
где /н р — амплитуда не резонансного рассеяния, /р — резонансного. Амплитуда/р связана с сечением ор. Амплитуду /Нр обычно определяют с помощью оптической модели ядра, исследуя упругое резонансное рассеяние, для к-рого /р = Г.
Впервые резонансное рассеяние медленных нейтронов наблюдал Э. Ферми с сотрудниками в 1934 [2] (см.
Нейтронная спектроскопия).
Ими было обнаружено, что в иек-рых случаях поперечные сечения захвата нейтронов значительно превосходят размеры ядер, что связано с квантовомеханич. природой рассеяния и большим значением X. В дальнейшем благодаря возможности плавного изменения энергии бомбардирующих частиц (ускоренных с помощью электростатич. ускорителей) исследования резонансного рассеяния заряж. частиц были осн. методом получения информации об уровнях ядер и их квантовых характеристиках
(спине, чётности), о парциальных и полных швДО нах состояний. - п
Если плотность состояний промежуточного ядра невелика и справедлива ф-ла (I)1 то в случае эаряж. чаб» тиц не резонансная амплитуда /нр определяется кулоеовт ским рассеянием, а ширина Г гл. обр. связана с каши лом распада. При этом часто достаточно измерить заев* симость сечения от энергии.под неск. углами, чтобы СУ| дить об орбитальном моменте частицы, захваченной а
Рис. 1. Зависимость сечения резонансного рассеяния от Ojh витального момента Ip налетающих ядер при разных угли рассеяния.
резонансное состояние. Простота определения орбиталь» ного момента является следствием интерференции аиц-литуды кулоновского рассеяния и амплитуды, соответствующей брейт-вигиеровскому резонансу (рис. 1).
Открытие аналоговых резоиаисов (см. Аналоговые состояния) потребовало увеличения энергии ускорителей и улучшения их энергетич. разрешения, необходимого для измерения тонкой структуры изобар-аиалоговых ре^ зоиансов.
В ядерной физике низких и средних энергий Р. я. н. используются для исследования т. н. квазимолекуляр-*
2000 г-
9 Il 13 15 17 19 21 23 Sa
Рис. 2. Спектр о-частиц отдачи при торможении ионов uO в He.
них ядерных систем типа а-частица — ядро, два ядра iaC, два ядра 24Mo и т. д. (си. Ядерних ассоциаций модель [3]). В этом случае выделение состояний в области высоких энергий возбуждения, когда открыто много каналов распада составной системы, объясняется своеобразной структурой уровней, приводящей к преобладающей вероятности распада по одному каналу. Примером такого выделения может служить спектр, полученный при торможении ускоренных иоиов 18O с энергией 90 МэВ в He (рис. 2). Наблюдаемые резоиаисы в спектре а-частиц отдачи связаны с тем, что про определ. относит, энергии иоиов 10O и ядер He существуют уровни составной системы 20Ne с характерной квази-молекулярной структурой уровней (18O -j- CC —> 30Ne).
Большие сечеиия, характерные для резонансных реакций при определ. энергиях, являются основой для элементного анализа материалов. При высоких энергиях ускоренных частнц резонансные ядерные реакции являются инструментом поиска новых частиц — резонансов.
