Ядерные превращения под действием гамма-излучения
Процессы, при которых атомное ядро поглощает фотон высокой энергии (гамма-квант), переходит в возбуждённое состояние и распадается, испуская частицы. Наиболее частый вид — реакция (γ,n), когда из ядра вылетает нейтрон.
Близкие слова
- фоторасщепление ядер
- фотонейтронные реакциичастный случай фотоядерных реакций, при котором испускается именно нейтрон
В ускорителях электронов исследуют фотоядерные реакции для получения редких изотопов.
Фотоядерные реакции в звёздах играют роль в нуклеосинтезе элементов.
Механизм и пороговая энергия
В отличие от нейтронных реакций, где частица может взаимодействовать с ядром даже при низких энергиях, фотоядерные реакции требуют значительного превышения порога. Энергия гамма-кванта должна быть достаточной не только для возбуждения ядра, но и для преодоления энергии связи нуклона. Этот порог обычно составляет от 5 до 10 МэВ в зависимости от конкретного изотопа.
Если энергия фотона ниже порога, реакция не происходит: ядро может поглотить квант и перейти в возбуждённое состояние, но затем испустит его обратно или перейдёт в основное состояние через каскад более слабых излучений, не меняя свой состав.
Отличие от других ядерных процессов
Главное отличие фотоядерных реакций от деления или синтеза — инициатором выступает электромагнитное взаимодействие (фотон), а не сильное взаимодействие через столкновение с другой частицей. Фотон взаимодействует с протонами в ядре, передавая им импульс, что приводит к выбросу нуклона.
Не следует путать их с фотоэффектом на электронах: здесь воздействие идёт непосредственно на ядро. Также они отличаются от радиоактивного распада тем, что являются индуцированными процессами, зависящими от внешнего источника излучения.
Практическое значение
Фотоядерные реакции используются в лабораторной физике для производства радиоактивных изотопов, которые не удаётся получить другими способами. Например, реакция на бериллии или дейтерии позволяет получать свободные нейтроны.
В астрофизике эти процессы важны для понимания звёздного нуклеосинтеза, особенно в условиях взрывных процессов, таких как сверхновые, где потоки гамма-квантов интенсивны и способны трансмутировать элементы.