stringtranslate.com

Фотораспад

Фотораспад (также называемый фототрансмутацией или фотоядерной реакцией ) — это ядерный процесс , в котором атомное ядро ​​поглощает высокоэнергетическое гамма-лучи , переходит в возбужденное состояние и немедленно распадается, испуская субатомную частицу. Входящие гамма-лучи эффективно выбивают один или несколько нейтронов , протонов или альфа-частиц из ядра. [1] Реакции называются (γ,n), (γ,p) и (γ,α).

Фотораспад является эндотермическим (поглощением энергии) для атомных ядер легче железа и иногда экзотермическим (высвобождением энергии) для атомных ядер тяжелее железа . Фотораспад отвечает за нуклеосинтез по крайней мере некоторых тяжелых, богатых протонами элементов посредством p-процесса в сверхновых типа Ib, Ic или II. Это приводит к дальнейшему превращению железа в более тяжелые элементы. [ нужна цитата ]

Фотораспад дейтерия

Фотон, несущий энергию 2,22 МэВ или более, может фоторазрушить атом дейтерия :

Джеймс Чедвик и Морис Гольдхабер использовали эту реакцию для измерения разницы масс протона и нейтрона. [2] Этот эксперимент доказывает, что нейтрон не является связанным состоянием протона и электрона, [ почему? ] [3] как было предложено Эрнестом Резерфордом .

Фотораспад бериллия

Фотон с энергией 1,67 МэВ и более может фоторасщеплять атом бериллия-9 (100% природного бериллия, его единственный стабильный изотоп):

Сурьму-124 компонуют с бериллием для изготовления лабораторных источников нейтронов и пусковых источников нейтронов . Сурьма-124 (период полураспада 60,20 дней) излучает β- и гамма-лучи с энергией 1,690 МэВ (также 0,602 МэВ и 9 более слабых излучений от 0,645 до 2,090 МэВ), образуя стабильный теллур-124. Гамма-лучи сурьмы-124 расщепляют бериллий-9 на две альфа-частицы и нейтрон со средней кинетической энергией 24 кэВ, промежуточные нейтроны . Остальные продукты — две альфа-частицы . [4] [5]

Другие изотопы имеют более высокие пороги образования фотонейтронов - до 18,72 МэВ для углерода-12 . [6]

Гиперновые

При взрывах очень крупных звезд (250 и более масс Солнца ) фотораспад является основным фактором возникновения сверхновой . Когда звезда достигает конца своей жизни, она достигает таких температур и давлений, при которых энергопоглощающие эффекты фотораспада временно снижают давление и температуру внутри ядра звезды. Это приводит к тому, что ядро ​​начинает коллапсировать, поскольку энергия забирается в результате фоторасщепления, а коллапс ядра приводит к образованию черной дыры . Часть массы ускользает в виде релятивистских струй , которые могли бы «распылить» во Вселенную первые металлы . [7] [8]

Фотораспад при молниях

Земные молнии производят высокоскоростные электроны, которые создают всплески гамма-излучения в виде тормозного излучения . Энергии этих лучей иногда бывает достаточно, чтобы начать фотоядерные реакции, приводящие к испусканию нейтронов. Одна из таких реакций,14
7Н
(γ,n)13
7Н
, является единственным естественным процессом, кроме тех, которые вызываются космическими лучами, в которых13
7Н
производится на Земле. Нестабильные изотопы, оставшиеся в результате реакции, могут впоследствии испускать позитроны в результате β + -распада . [9]

Фотоделение

Фотоделение — похожий, но отдельный процесс, при котором ядро ​​после поглощения гамма-лучей подвергается ядерному делению (расщепляется на два фрагмента почти одинаковой массы).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Клейтон, Д.Д. (1984). Принципы звездной эволюции и нуклеосинтеза . Издательство Чикагского университета . стр. 519. ISBN. 978-0-22-610953-4.
  2. ^ Чедвик, Дж.; Гольдхабер, М. (1934). «Ядерный« фотоэффект »: распад диплона γ-лучами». Природа . 134 (3381): 237–238. Бибкод : 1934Natur.134..237C. дои : 10.1038/134237a0 .
  3. ^ Ливси, DL (1966). Атомная и ядерная физика . Уолтем, Массачусетс: Блейсделл. п. 347. LCCN  65017961.
  4. ^ Лалович, М.; Верле, Х. (1970). «Энергетическое распределение фотонейтронов сурьмы-бериллия». Журнал ядерной энергии . 24 (3): 123–132. Бибкод : 1970JNuE...24..123L. дои : 10.1016/0022-3107(70)90058-4.
  5. ^ Ахмед, С.Н. (2007). Физика и техника обнаружения радиации. п. 51. Бибкод :2007перд.книга.....А. ISBN 978-0-12-045581-2.
  6. ^ Справочник по фотоядерным данным для приложений: сечения и спектры. МАГАТЭ. 28 февраля 2019 года. Архивировано из оригинала 26 апреля 2017 года . Проверено 24 апреля 2017 г.
  7. ^ Фрайер, CL; Вусли, ЮВ; Хегер, А. (2001). «Сверхновые с парной нестабильностью, гравитационные волны и гамма-транзиенты». Астрофизический журнал . 550 (1): 372–382. arXiv : astro-ph/0007176 . Бибкод : 2001ApJ...550..372F. дои : 10.1086/319719. S2CID  7368009.
  8. ^ Хегер, А.; Фрайер, CL; Вусли, ЮВ; Лангер, Н.; Хартманн, Д.Х. (2003). «Как массивные одиночные звезды заканчивают свою жизнь». Астрофизический журнал . 591 (1): 288–300. arXiv : astro-ph/0212469 . Бибкод : 2003ApJ...591..288H. дои : 10.1086/375341. S2CID  59065632.
  9. ^ Эното, Теруаки; Вада, Юки; Фурута, Ёсихиро; Наказава, Кадзухиро; Юаса, Такаюки; Окуда, Кадзуфуми; Макишима, Кадзуо; Сато, Мицутеру; Сато, Юске; Накано, Тосио; Умэмото, Дайго (23 ноября 2017 г.). «Фотоядерные реакции в молниях, обнаруженные при обнаружении позитронов и нейтронов». Природа . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . дои : 10.1038/nature24630. PMID  29168803. S2CID  4388159.