И.Е. Иродов - Квантовая физика. Основные законы (1129341), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Это и позволяет отличить их от электронов, испускаемых при б-распаде, спектр которых, как мы знаем, непрерывный. аот Атэмвэе ядро Внутренняя конверсия сопровождаешься рентгеновским излучением, возникающим при переходе злектроыа с вышележащих оболочек на место, освобожденыое электроном выутренней конверсии.
Пример. Возбужденное ядро мЯе с энергией возбуждения Е* = 103 кэВ переходит э основное состояние, испуская илн у-квант, или конверсионный электрон с К-оболочки атома. Энергия связи К-электрсна Ех = 12,7 кэВ. Найдем скорость э отдачи ядра в обоих случаях. В первом случае импульс ядра отдачи тг = )хо/с. Здесь Ь1 = Е', поскольку энергия отдачи тяжелого ядра пренебрежимо мала. Тогда Е* 0,103 о= — с= — ' 3 10 =0,41км/с. тех 81 931,5 Во втором случае следует воспользоваться релятивистским соотношением (П.б) рс = ~К(К, ь 2т,сг), где импульс ядра р =. тщ К, = Е' — Е„= 90,3 кэВ. Тогда 1(К,(К, э 2т,с ) о=с ' ' ' — =1,26км/с.
тс 2 3 8.6. Эффект Мессбаузра Известно, что атомы наиболее интенсивно поглощают свет частоты, соответствующей переходу из основного состояыия атома в ближайшее к нему возбужденное состояние. Это явление называют резонансным поглощением. Другими словами, фотоны, испущенные атомом при переходе из первого возбужденного состояния в основное, без всяких проблем поглощаются такими же атомами, поскольку их частоты практически совпадают. Иначе обстоит дело в случае излучения у-квантов ядрами.
Энергия и импульс у-кванта во много раз больше, чем у фотона видимого света, поэтому значительно больше и энергия отдачи. Представим себе два одинаковых первоыачально покоящихся ядра, одно из которых находится в основном состоянии, другое — в возбужденном с энергией возбуждения Е". Переходя в основное состояние, возбужденное ядро испускает у-квант с энер- Глава 8 ВО8 гней ла и импульсом Ла/с, удовлетворяющим законам сохране- ния: Е' =Ьа е К, Ла/с =р, (8. 28) где К вЂ” энергия отдачи ядра. Из этих уравнений следует, что р (Ьо) К= — = — — „ 2и 2исо (8.
29) здесь и — масса ядра. Согласно первой из формул (8.28) энергия у-кванта ла сдвинута относительно энергии Е* ядерного перехода на величину К вЂ” энергию отдачи ядра. Поэтому у-квант сможет поглотиться другим ядром только при условии„что сдвиг' (8. 30) К <Г, где Г -- ширина возбужденного уровня Е*. Выясним, насколько выполняется соотношение (8,30). Например, ядро буге при переходе из первого возбужденного состояния испускает у-квант с энергией Ьо = 14 кэВ. Прн этом его энергия испытывает сдвиг на величину К = — — = = 2.
10 о Мэв = 2 10 3 ЭВ. 2ис 2 57 931,5 Ширина же Г первого возбужденного уровня, время жизни которого т - 10 У с, согласно соотношению неопределенностей ЛЕ Лг - 6 равна Г м лут = 10 " эВ. (8.31) Точнее, надо было бы написать 2К < 1, поскольку ядро, находившееся в основ- ном состоянии, тоже испытывает такую же отдачу К при поглощении у.кван- та. Но, как будет видно чуть ниже, это не существенно. Таким образом, сдвиг К не меньше Г, а наоборот, больше на пять порядков, что далеко перекрывает возможность резонанс- ного поглощения. Атомное наво И тем не менее явление резонансного поглощения у-лучей было обнаружено Мессбауэром (1958) на изотопе 1эг1г. Это оказалось возможным только с ядрами, входящими в состав кристалла.
При этом существует вероятность испускания у-кванта ядром с отдачей, которую воспринимает не ядро, а весь кристалл в целом, не меняя своего внутреннего состояния (т. е. без возбуждения колебаний решетки). Масса кристалла несопоставимо велика по сравнению с массой отдельного ядра, поэтому энергия отдачи кристалла практически равна ыулю. В результате частота испущенного у-кванта не смещается относительно резонансного значения, и этот у-квант может быть поглощен другим таким же ядром, тоже входящим в состав кристалла.
В этом заключается суть эффекта Мессбауэра: непускание и поглощение у-квантов оез отдачи, т. е. резонансное. Этот эффект удается наблюдать только при очень низких температурах, но иногда и при комнатных температурах (в случае с г е). Эффект Мессбауэра наблюдают так. Источник у-излучения приводят в движение с небольшой скоростью о навстречу поглотителю или в обратном направлении. При этом измеряют 1 скорость счета у-квантов за поглотителем.
Если о а О, то резонанс нарушается: линии испу- и, е скания и поглощения сдвигаются относительно друг друга за счет эффекта Доплера. При о = 0 -0,6 — 0,4 О 0,4 щ мм(с наблюдается резонансное поглощение у-квантов, что показано Рне. 9.9 на рис. 8.9. Благодаря очень малому отношению ширины Г возбужденных ядерыых уровней к энергии возбуждения Е* (Г/Е* - 10 ы + 10 зе) эффект Мессбауэра дает уникальный метод измерения ыичтожных изменений энергии, которые не могут быть измерены никаким другим методом. В частности, с помощью этого эффекта удалось обнаружить в лабораторных условиях гравитационное смещение спектральных линий (уменьшение частоты фотона при удалеыии его от источника тяготения).
Для этого надо было измерить относите- Глава 3 210 льное изменение энергии фотона порядка 10 уз на базе около 20 м, что впервые и проделали Паунд и Ребка (1960). Рассмотрим этот вопрос более подробно. Найдем относительное уменьшение частоты у-кванта (гравитационное смещение) при удалении его от поверхности Земли на ! ~ 20 м. Считая, что у-квант ведет себя подобно частице, обладающей гравитационной массой Ьо/сз, запишем, что приращение энергии у-кванта на пути аг равно работе гравитационной силы Р, на этом пути: а()з ) Р )г . (Ла/с™ аг гз где у — гравитационная постоянная, М, — масса Земли; знак минус связан с тем, что проекция силы Р„с О.
Разделив в (1) переменные а и г, получим: аа ум, аг (2) с г !п а уМ, 1 ао с 1 уМ, г В(В+!) сз сз ' (3) где Л вЂ” напряженность гравитационного поля (3 = уМ,/Вз). Здесь учтено, что ! сс В. Из (3) следует: а = аое '"' = ао0 — я(/с ) поскольку 3(/сз сс 1. Видно, что частота у-кванта с удалением от поверхности Земли уменьшается. Искомое относительное изменение частоты у-кваита ба ао — а 3! 9,8 20 ао во сз (3.10з)з Несмотря на чрезвычайную малость этого смещения (сдвиг составлял сотую часть ширины линии), его удалось измерить с достаточной сте- пенью точности и тем самым экспериментально в лабораторных усло- виях подтвердить наличие гравитационного (красного) смещения. Проинтегрируем это уравнение по частоте от ао до а и по г от радиуса Земли В до В + й 211 Атоияое ядро 5 8.7.
Ядерные реакции Ядерная реакция — это процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром,— процесс, сопровождающийся преобразованием ядер. Это взаимодействие возникает благодаря действию ядерных сил прн сближении частиц до расстояний порядка 10 1з см. Отметим, что именно ядерные реакции дают наиболее широкую информацию о свойствах ядер.
Поэтому изучение ядерных реакций является самой главной задачей ядерной физики. Наиболее распространенным типом ядерной реакции является взаимодействие частицы а с ядром Х, в результате чего образуется частица Ь и ядро У. Это записывают символически так: а+Х-+У+Ь или в сокращенном виде Х (а,Ь) У. (8.
32) Роль частиц а и Ь чаще всего выполняют нейтрон и, протон р, дейтрон д, а-частица и у-квант. Говоря, что (8.32) есть ядерная реакция, мы подразумеваем, что частица Ь не тождественна частице а. В противном случае этот процесс называют рассеянием. Частицы, рождающиеся в результате ядерной реакции (8.32), могут быть не только Ь и У, но вместе с ними и другие Ь', У .
В этом случае говорят, что ядерная реакция имеет несколько каналов, причем различным каналам соответствуют различные вероятности. Выход ядерной реакции. В ядерной физике вероятность взаимодействия принято характеризовать с помощью эффективного сечения о. Наглядно о интерпретируется как площадь сечения ядра Х, попадая в которую налетающая частица вызывает реакцию. Если мишень из ядер Х настолько тонкая, что ядра не перекрывают друг друга, то относительная доля площади В мишени, перекрытая ядрами Х, равна алВ/В = ал, где л — число ядер на единицу площади мишени.
И мы можем сказать, что относительное число ЛЬ//М частиц а, вызвавших ядерную реак- 212 Глаза З цию (или, другими словами, вероятность Р, что частица а вызо- вет ядерную реакцию), определяется как ЬХ вЂ” = Р = оп. Ф (8.33) Эту величину называют выходом ядерной реакции ш = ЛФ/1У. (8.34) Именно в является непосредственно измеряемой величиной. А зная в и л, можно найти и о с помощью (8.33).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
