фотоядерные реакции

ФОТОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ - ядерные превращения, идущие при поглощении g-квантов ядрами. К Ф.р. относится также процесс рассеяния g-квантов. Энергетич. зависимость полного сечения поглощения g-квантов разл. ядрами, отнесённого к одному нуклону s/А (А - число нуклонов в ядре), приведена на рис. Сплошной линией показано полное сечение поглощения g-кванта свободным протоном в зависимости от энергии g-кванта . Ф-цию s() принято разбивать на 4 области в зависимости от доминирующего механизма поглощения g-квантов. Первая - область гигантского дипольного резонанса (ГР). Осн. механизм поглощения g-квантов в этой области связан с поглощением g-кванта одним нуклоном, приводящим к возбуждению собственных дипольных колебаний протонов относительно нейтронов. В лёгких ядрах максимум ГР приходится на область энергий от 20 до 25 МэВ. С ростом А максимум сдвигается в сторону меньших энергий. В тяжёлых ядрах он расположен в районе 13 МэВ. Наряду с дипольными колебаниями в ядре могут возбуждаться квадрупольные, октупольные и др. типы колебаний, но их роль в Ф. р. менее существенна (см. Гигантские резонансы).

Процесс дипольных колебаний завершается в осн. вылетом нуклонов. В лёгких ядрах это протоны и нейтроны. С меньшей вероятностью вылетают легчайшие ядра - дейтерия, трития, ³Не и ⁴Не (a-частицы). Заметную долю составляют события, в к-рых наблюдается вылет неск. заряж. частиц, что особенно характерно для изотопов Li, Be и их ближайших соседей. По мере увеличения атомного номера Z ядра интенсивность всех каналов, за исключением нейтронного, ослабевает. В области актини-дов наряду с испусканием нейтронов происходит деление ядра (см. Деление ядер).

После поглощения g-квантов лёгкими ядрами нуклоны вылетают непосредственно в процессе дипольных колебаний. По мере увеличения А усиливается роль последовательных столкновений нуклона, поглотившего g-квант, с остальными нуклонами ядра. В результате этого нуклоны покидают ядро уже не на начальной, а на предрав-новесной стадии реакции, а в тяжёлых ядрах - в значит. степени и в равновесной стадии. Вследствие этого распределение фотонуклонов по энергии в области гигантского резонанса близко к максвелловскому. Отклонение от этого распределения наблюдается для фотонейтронов в высоко-энергетич. части спектра.

Вторая область начинается на "хвосте" гигантского резонанса и простирается до порога рождения пионов. Одно-нуклонный механизм поглощения g-квантов постепенно переходит в двухнуклонный, когда g-кванты начинают поглощаться преим. нейтрон-протонной парой, имеющей те же квантовые числа, что и дейтрон .Поэтому эта область получила назв. к в а з и д е й т р о н н о й (КД). Сечение поглощения пропорц. величине NZ/A (N-число нейтронов в ядре-мишени, Z-число протонов), т. е. числу таких пар нуклонов. Квазидейтронный механизм поглощения у-кван-тов связывается с проявлением в ядре т.н. двухчастичных обменных токов (когда процесс проходит на мезоне, к-рым обмениваются нуклоны, или в промежуточном состоянии виртуально образуется D-изобара), а также двухчастичных нуклонных корреляций короткодействующего характера.

Нуклон, поглотивший g-квант, получает достаточно большую энергию, к-рая позволяет ему покинуть ядро, не сформировав промежуточного состояния. При основным является канал с вылетом одного быстрого нуклона. Выше 100 МэВ осн. вклад в полное сечение приходится на канал с вылетом двух быстрых нуклонов.

В третьей области энергии за порогом образования пиона и до 2 ГэВ длина волны у-кванта становится порядка размеров нуклона и взаимодействие происходит в осн. с одним нуклоном. В сечении фотопоглощения на свободном нуклоне чётко проявляются 3 пика, отвечающие возбуждению D (1232 МэВ)-изобары и двух частиц-резонан-сов-N*(1520 МэВ) и N**(1680 МэВ). В том случае, когда у-квант поглощается нуклоном, находящимся в ядре, пик, связанный с образованием D-изобары, проявляется столь же чётко, тогда как 2 остальных сильно уширяются. Такое "размытие" пиков во многом обусловлено движением нуклонов в ядре. В области возбуждения D-изобары характерно универсальное для всех ядер сечение - отношение s/A (в пределах точности измерений) одинаково для всех ядер от Be до U. Это свидетельствует о том, что свойства свободной D-изобары не сильно изменяются в ядре.

Осн. каналами расщепления ядер в этой области энергии являются каналы с вылетом неск. нуклонов. В ядрах с А >200 после вылета неск. нуклонов происходит деление. Обычно расщепление ядер сопровождается вылетом пиона. С меньшей вероятностью идут процессы образования мезонов с малой передачей энергии ядру, когда оно остаётся в связанном состоянии.

Когда энергия g-кванта превышает 2 ГэВ (четвёртая область), в энергетич. зависимости исчезает всякая структура. Само сечение оказывается слабо зависящим от энергии. Аналогично ведёт себя и полное сечение взаимодействия адронов с ядрами. Различие состоит только в том, что сечение поглощения g-квантов меньше адрон-ного на пост. величину, пропорциональную константе электромагнитного взаимодействия. Такое поведение сечения нашло объяснение в рамках т.н. модели в е к т о р н о й д о м и н а н т н о с т и, согласно к-рой в этой области энергий g-квант ведёт себя как векторные мезоны (см. Векторной доминантности модель ).Одним из следствий такого поведения у-кванта является то, что при его взаимодействии с ядром не все нуклоны оказываются равноправными, часть из них оказывается заэкранированной. Это означает, что зависимость полного сечения поглощения от А должна иметь вид A^a где a<1 ( в эксперименте величина При дальнейшем росте "точечный" g-квант взаимодействует с кварками нуклона.

Лит.: Барашенков В. С., Тонеев В. Д., Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами, М., 1972; Giannini М. М., Riссо G., Photoreactions above the giant-dipole-resonance, "Riv. Nuovo Cim.", 1985, v. 8, p. 1; Недорезов В. Г., Ранюк Ю. Н., Фотоделение ядер за гигантским резонансом, К., 1989; Int. Rev. of Nuclear Phys., v. 7, Singapore, 1991.

P. А. Эрамжян.

   <<      Предметный указатель      >>