Fotonukleare reaktioner

Fotonukleare reaktioner ( engelsk photodisintegration , phototransmutation ) er kernereaktioner, der opstår, når gammastråler absorberes af atomkerner [1] . Fænomenet med emission af nukleoner fra kerner under denne reaktion kaldes den nukleare fotoelektriske effekt . Dette fænomen blev opdaget af Chadwick og Goldhaber i 1934 [2] og yderligere undersøgt af Bothe og Wolfgang Gentner [3] og senere af Niels Bohr [4] [5] .

Når en gammastråle absorberes, modtager kernen et overskud af energi uden at ændre dens nukleonsammensætning, og en kerne med et overskud af energi er en sammensat kerne . Som andre nukleare reaktioner er absorptionen af et gamma-kvante af kernen kun mulig, hvis de nødvendige energi- og spinforhold er opfyldt. Hvis energien, der overføres til kernen, overstiger bindingsenergien af nukleonen i kernen, så sker henfaldet af den dannede sammensatte kerne oftest med emission af nukleoner, hovedsageligt neutroner . Et sådant henfald fører til nukleare reaktioner, og som kaldes fotonukleare , og fænomenet nukleon-emission i disse reaktioner er den nukleare fotoelektriske effekt . Betegnelser: $(\gamma ,n)$ $(\gamma ,p)$

$\gamma$ - partikel af gammastråling eller gammakvante ( foton med høj energi);
$n$ — neutron ;
$s$ - proton .

I teorien om fotonukleare reaktioner bruges den statistiske model af den sammensatte kerne og modellen for den direkte resonansfotoelektriske effekt [6] .

Fotonukleære reaktioner fortsætter med dannelsen af en sammensat kerne, men når reaktioner blev initieret på kerner med et massetal , blev udbyttet eksperimentelt fundet at være for højt sammenlignet med udbyttet forudsagt af denne mekanisme. Derudover viste vinkelfordelingen af de højeste energiprotoner sig at være ikke-isotropisk. Disse fakta indikerer en yderligere mekanisme for direkte interaktion, som kun er essentiel i tilfælde af -reaktioner på tunge og mellemstore kerner. Reaktionen forløber altid med dannelsen af en sammensat kerne. $(\gamma ,p)$ $A>100$ $(\gamma ,p)$ $(\gamma ,n)$

Den første observerede fotonukleare reaktion var fotodisintegrationen af deuteronet :

\gamma +{}^{{2}}{\textrm {H}}\højrepil p+n

Det går uden dannelse af en sammensat kerne, da deuteriumkernen ikke har exciterede tilstande og kan være forårsaget af gammakvanter med relativt lav energi (over 2,23 MeV [7] ).

Der er dog kun få nuklider med en lav bindingsenergi af nukleoner, og for at excitere fotonukleare reaktioner med andre kerner er der brug for fotoner med en energi på mindst 8 MeV. Fotoner med en sådan energi opstår i nogle nukleare reaktioner eller opnås, når meget hurtige elektroner decelererer i stoffet . Under radioaktivt henfald dannes der som regel ikke sådanne gamma-kvanter, derfor kan gamma-kvanter af β-henfald ikke excitere fotonukleære reaktioner og forårsage fremkomsten af ny induceret radioaktivitet i andre stoffer.

Hvis beryllium eller tungt vand tjener som moderator i en atomreaktor , så på grund af den usædvanligt lave bindingsenergi af neutronen i 9 Be og 2 H, fortsætter fotonukleare reaktioner effektivt på kernerne af disse nuklider under påvirkning af gammakvanta af radioaktivt stof. forfald . Samtidig afgiver radioaktive fissionsprodukter af uran især mange gammakvanter , men gammakvanter i en atomreaktor udsender også andre stoffer aktiveret af neutroner. I tungtvands- og berylliumatomreaktorer er der således en yderligere kilde til neutroner på grund af den fotonukleare reaktion [1] . $(\gamma ,n)$

Noter

↑ 1 2 Klimov A.N. Kernefysik og atomreaktorer. - Moskva: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
↑ J. Chadwick , M. Goldhaber . Nuklear fotoelektrisk effekt (deuteron-nedbrydning ved γ-stråler) // Fysisk . - 1934 . - T. 14 , nr. 8 . Arkiveret fra originalen den 22. maj 2013.
↑ W. Bothe og W. Gentner. Atomumwandlungen durch γ-Strahlen // Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. — 1937 . - T. 106 , nr. 3-4 . (utilgængeligt link)
↑ N.Bohr . Nukleare fotoeffekter // Natur . — 1938 . - nr. 141 . Arkiveret fra originalen den 20. marts 2012.
↑ N. Bor . Nuklear fotoelektrisk effekt // UFN . — 1938 . - Nr. 7 . Arkiveret fra originalen den 20. marts 2012.
↑ J. Levinger. fotonukleare reaktioner. - Moskva: IL, 1962. - S. 258.
↑ NCRP-rapport #79. Neutronkontaminering fra medicinske elektronacceleratorer. - National Council on Radiation Protection and Measurements, 1984. - S. 19. - ISBN 0-913392-70-7 . ISSN 0083-209X

Fotonukleare reaktioner

Noter

Links