Ядерная физика
Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция · Термоядерная реакция
Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Капельная модель ядра · Период полураспада · Массовое число · Составное ядро · Цепная ядерная реакция · Ядерное эффективное сечение
Распад ядер Закон радиоактивного распада · Альфа-распад · Бета-распад · Кластерный распад
Сложный распад Электронный захват · Двойной бета-распад · Двойной электронный захват · Внутренняя конверсия · Изомерный переход
Излучения Ионизирующее излучение · Нейтронный распад · Позитронный распад · Протонный распад · Гамма излучение · Фоторасщепление
Захваты Электронный захват · Нейтронный захват ( r-процесс · s-процесс ) · Протонный захват ( p-процесс · rp-процесс ) · Нейтронизация
Деление ядра Спонтанное деление
Нуклеосинтез Первичный нуклеосинтез · Протон-протонный цикл · CNO-цикл · Тройная гелиевая реакция · Гелиевая вспышка · Ядерное горение углерода · Углеродная детонация · Ядерное горение кислорода · Ядерное горение неона · Ядерное горение кремния · Реакции скалывания
См. также: Портал:Физика

Фотоядерные реакции ( англ. photodisintegration , phototransmutation ) — ядерные реакции , происходящие при поглощении гамма-квантов ядрами атомов . Явление испускания ядрами нуклонов при этой реакции называется ядерным фотоэффектом . Это явление было открыто Чедвиком и Гольдхабером в 1934 году и в дальнейшем исследовано Боте и , а затем и Нильсом Бором .

При поглощении гамма-кванта ядро получает избыток энергии без изменения своего нуклонного состава, а ядро с избытком энергии является составным ядром . Как и другие ядерные реакции, поглощение ядром гамма-кванта возможно только при выполнении необходимых энергетических и спиновых соотношений. Если переданная ядру энергия превосходит энергию связи нуклона в ядре, то распад образовавшегося составного ядра происходит чаще всего с испусканием нуклонов, в основном нейтронов . Такой распад ведёт к ядерным реакциям ${\displaystyle (\gamma ,n)}$ и ${\displaystyle (\gamma ,p)}$ , которые и называются фотоядерными , а явление испускания нуклонов в этих реакциях — ядерным фотоэффектом . Обозначения:

• ${\displaystyle \gamma }$ — частица гамма-излучения или гамма-квант ( фотон с высокой энергией);
• ${\displaystyle n}$ — нейтрон ;
• ${\displaystyle p}$ — протон .

В теории фотоядерных реакций используются статистическая модель составного ядра и модель резонансного прямого фотоэффекта .

Фотоядерные реакции идут с образованием составного ядра, однако при возбуждении реакций ${\displaystyle (\gamma ,p)}$ на ядрах с массовым числом ${\displaystyle A>100}$ экспериментально был обнаружен слишком большой выход по сравнению с выходом, предсказываемым этим механизмом. Кроме того, угловое распределение протонов с наибольшей энергией оказалось неизотропным. Эти факты указывают на дополнительный механизм прямого взаимодействия, который существенен только в случае ${\displaystyle (\gamma ,p)}$ -реакции на тяжёлых и средних ядрах. Реакция же ${\displaystyle (\gamma ,n)}$ всегда идёт с образованием составного ядра.

Первой наблюдавшейся фотоядерной реакцией было фоторасщепление дейтрона :

${\displaystyle \gamma +{}^{2}{\textrm {H}}\rightarrow p+n}$

Она идёт без образования составного ядра, так как ядро дейтерия не имеет возбуждённых состояний, и может быть вызвана гамма-квантами сравнительно невысокой энергии (выше 2,23 МэВ ).

Однако нуклидов с малой энергией связи нуклонов всего несколько, а чтобы возбудить фотоядерные реакции с другими ядрами, необходимы фотоны с энергией не менее 8 МэВ. Фотоны с такой энергией возникают в некоторых ядерных реакциях или получаются при торможении в веществе очень быстрых электронов . При радиоактивном распаде , как правило, таких гамма-квантов не образуется, поэтому гамма-кванты β-распада не могут возбудить фотоядерные реакции и вызвать появление новой наведённой радиоактивности в других веществах.

Если замедлителем в ядерном реакторе служит бериллий или тяжёлая вода , то вследствие необычно малой энергии связи нейтрона в ⁹ Be и ² H под действием гамма-квантов радиоактивного распада на ядрах этих нуклидов эффективно протекают фотоядерные реакции ${\displaystyle (\gamma ,n)}$ . Особенно много гамма-квантов при этом дают радиоактивные продукты деления урана , но гамма-кванты в ядерном реакторе испускают и другие вещества, активированные нейтронами. Таким образом в тяжеловодных и бериллиевых ядерных реакторах присутствует дополнительный источник нейтронов, обусловленный протеканием фотоядерной реакции .

Примечания

Ссылки

• Фотоядерные реакции — статья из Большой советской энциклопедии .
• , Физическая энциклопедия .