Из статьи Н.Бора «Превращения атомных ядер»

Раньше уже отмечалось, что для понимания типичных особенностей ядерных превращений, вызванных столкновениями материальных частиц, необходимо предположить, что первая стадия всякого процесса столкновения состоит в образовании промежуточной полустабильной системы из исходного ядра и падающей частицы. Надо также предположить, что избыток энергии в этом состоянии временно сосредоточивается в некоторых сложных движениях всех частиц составной системы. Возможный последующий развал этой системы с освобождением какой-либо элементарной или сложной ядерной частицы можно рассматривать с этой точки зрения как отдельное независимое событие, не связанное непосредственно с первой стадией процесса столкновения. Поэтому можно сказать, что конечный результат столкновения зависит от конкуренции между всеми процессами распада и излучения составной системы, согласующимися с законом сохранения.

Простая механическая модель, иллюстрирующая эти особенности ядерных столкновений, показана на рисунке 1. В мелкой чаше находится некоторое число биллиардных шаров. Если бы углубление чаши было пустым, то посланный в нее шар скатился бы по одному склону и вышел бы с другой стороны с прежней энергией. Однако если в чаше находятся другие шары, то пущенный к ним шар не будет в состоянии свободно пройти через чашу; сначала он отдаст часть своей энергии одному из шаров, затем оба отдадут часть своей энергии другим шарам, и так до тех пор, пока первоначальная кинетическая энергия не окажется распределенной по всем шарам. Если бы углубление и шары можно было считать идеально гладкими и упругими, то столкновения продолжались бы до тех пор, пока достаточно большая часть кинетической энергии не оказалась снова сосредоточенной на близком к краю шаре. Тогда этот шар покинул бы чашу, и если бы энергия пущенного шара была не очень велика, то полная энергия оставшихся шаров была бы недостаточна для того, чтобы позволить какому-либо из них подняться по склону. Если, однако, между шарами и чашей существует... малое трение или если шары не являются абсолютно упругими, то... может оказаться, что ни один из шаров не будет иметь возможности выйти из чаши, прежде чем вследствие трения потеряется в виде тепла... много энергии, так что оставшейся энергии окажется уже недостаточно для выбрасывания какого-либо из них...

 

Рисунок 2 иллюстрирует ход процесса столкновения между быстрым нейтроном и тяжелым ядром. Для упрощения рассуждений в ядро вве­ден воображаемый термометр. Шкала термометра на рисунке дана в 1010°С; но в качестве более известной меры тепловой энергии приведена и другая шкала, указывающая температуру в миллионах электрон-вольт. На рисунке показаны различные стадии процесса столкновения. Сначала исходное ядро находится в своем нормальном состоянии, и его температура равна нулю. После того как с ядром столкнется нейтрон с кинетической энергией примерно в 10 МэВ, образуется составное ядро с энергией возбуждения в 18 МэВ, и температура возрастает от нуля примерно до 1 МэВ. Неправильные очертания ядра символизируют колебания формы, соответствующие различным колебаниям, возбуждаемым при данной температуре. Следующий рисунок показывает, как нейтрон вылетает из возбужденной системы и, соответственно этому, несколько понижается температура. На последней стадии процесса оставшаяся энергия испускается в виде электромагнитного излучения, и температура падает до нуля. Описанный выше ход процесса столкновения является наиболее вероятным в том случае, если энергия падающего нейтрона велика; но для более низких энергий нейтрона вероятности испускания нейтрона и излучения становятся одинаковыми по порядку величины, что приводит к значительной вероятности захвата нейтрона. Если мы, наконец, спускаемся до области очень медленных нейтронов, то, как известно из эксперимента, вероятность излучения становится даже гораздо больше вероятности испускания нейтрона. Однако ясно, что в этом случае аналогия между испусканием нейтрона и испарением будет совершенно неадекватной, так как механизм испускания, подобно образованию составного ядра, включает здесь специфические квантово-механические черты, которые не могут быть проанализированы столь простым путем.

Количественное сравнение обычного испарения и испускания нейтрона фактически можно провести только в тех случаях, когда энергии возбуждения составной системы очень велики по сравнению с энергией, необходимой для удаления отдельного нейтрона, поскольку только в таких случаях возбуждениеостаточного ядра после вылета нейтрона почти равно возбуждению составного ядра; это же предполагается в явлениях обычного испарения, где изменение количества тепла рассматриваемого тела при вылете отдельной молекулы газа пре­небрежимо мало. Поэтому изложенные выше рассуждения в этой простой форме могут быть применены только тогда, когда изменение температуры при переходе от второй стадии (см. рис. 2) к третьей сравнительно мало...


Изложенные здесь простые соображения, по-видимому, действительно могут в общих чертах передать характерные особенности ядерных реакций, вызванных столкновениями. Нам также представляется вполне возможным объяснить характерные отличия в излучательных свойствах ядер и атомов с помощью подобного рассмотрения. Эти отличия основаны, по существу, на крайней легкости обмена энергией между тесно упакованными частицами ядра по сравнению с приближенно независимой связью каждого электрона в атоме. Более подробное обсуждение этих проблем, однако, требует более детального рассмотрения, которое лежит вне рамок настоящего краткого сообщения.

 

Теги: