резонансные ядерные процессы

РЕЗОНАНСНЫЕ ЯДЕРНЫЕ ПРОЦЕССЫ - процессы, для к-рых характерна резкая немонотонная зависимость эфф. сечения от энергий бомбардирующих частиц. Для сечений мн. ядерных реакций и процессов рассеяния микрочастиц характерно наличие острых резонан-сов. Это связано с существованием квазистационарных (метастабильных) состояний в промежуточных составных системах, время жизни к-рых заметно больше времени пролёта частицы через ядро (см. Составное ядро ).Стабильность таких квазистационарных состояний в условиях, когда возможно ("открыто") много каналов распада, обусловлена кулоновским 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 квазистационарных уровней ядер сложной (статистической) природы [1].

Если энергия падающей частицы такова, что полная энергия системы равна (или почти равна) 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 s от энергии налетающих частиц. Если вероятность ядерного процесса определяется только резонансным рассеянием в единств. резонансе, то применима Брейта-Вигнера формула

Здесь J - спин промежуточного ядра (резонанса), s - спин частицы, I -спин ядра-мишени, l - длина волны де Бройля,- парциальные ширины резонанса, соответствующие входному и выходному каналам ядерной реакции, Г - полная ширина резонанса, - резонансная энергия частицы.

Полную амплитуду рассеяния f можно записать в виде

где- амплитуда нерезонансного рассеяния, - резонансного. Амплитуда связана с сечением . Амплитуду обычно определяют с помощью оптической модели ядра, исследуя упругое резонансное рассеяние, для к-рого

Впервые резонансное рассеяние медленных нейтронов наблюдал Э. Ферми с сотрудниками в 1934 [2] (см. Нейтронная спектроскопия ).Ими было обнаружено, что в нек-рых случаях поперечные сечения захвата нейтронов значительно превосходят размеры ядер, что связано с квантовомеханич. природой рассеяния и большим значением l. В дальнейшем благодаря возможности плавного изменения энергии бомбардирующих частиц (ускоренных с помощью электростатич. ускорителей) исследования резонансного рассеяния за-ряж. частиц были осн. ме-тодом получения информации об уровнях ядер и их квантовых характеристиках (спине, чётности), о парциальных и полных ширинах состояний.

Если плотность состояний промежуточного ядра невелика и справедлива ф-ла (1), то в случае заряж. частиц нерезонансная амплитуда f_нр определяется кулоновским рассеянием, а ширина Г гл. обр. связана с каналом распада. При этом часто достаточно измерить зависимость сечения от энергии под неск. углами, чтобы судить об орбитальном моменте частицы, захваченной в резонансное состояние. Простота определения орбитального момента является следствием интерференции амплитуды кулоновского рассеяния и амплитуды, соответствующей брейт-вигнеровскому резонансу (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость сечения резонансного рассеяния от орбитального момента l_p налетающих ядер при разных углах рассеяния.

Открытие аналоговых резонансов (см. А налоговые состояния)потребовало увеличения энергии ускорителей и улучшения их энергетич. разрешения, необходимого для измерения тонкой структуры изобар-аналоговых резонансов.

В ядерной физике низких и средних энергий Р. я. п. используются для исследования т. н. квазимолекулярных ядерных систем типа a-частица - ядро, два ядра ¹²С, два ядра ²⁴Мо и т. д. (см. Ядерных 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 ионов ¹⁶О с энергией 90 МэВ в Не (рис. 2). Наблюдаемые резонансы в спектре a-частиц отдачи связаны с тем, что при опре-дел. относит. энергии ионов ¹⁶О и ядер Не существуют уровни составной системы ²⁰Ne с характерной квазимолекулярной структурой уровней

Большие сечения, характерные для резонансных реакций при определ. энергиях, являются основой для элементного анализа материалов. При высоких энергиях ускоренных частиц резонансные ядерные реакции являются инструментом поиска новых частиц - резонансов.

Лит.: 1) Воhr N., Ка1скаr P., On the transmutations of the atomic nuclei by impact of material particles, "Kgl. Danske Videnskab. Selsk., Math.-Fys. Medd.", 1937, v. 14, № 10, p. 1;

2) Fermi E. и др., Azione di sostanze idrogenate sulla radioat-tivita provocata da neutroni, "Ric. Scient.", 1934, v. 5, p. 1282;

3) Zurmuh1e R. W., Spins and spin augment of heavy ion molecular resonances, Proc. Fifth Int. Conf. Clustering Aspects in Nucl. and Subnucl. Systems, Kyoto, 1988,1., "Phys. Soc. Jpn.", 1989, v. 58, Suppl., p. 37. B. 3. Голъдберг.

   <<      Предметный указатель      >>