Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
В последнее время предложен другой метод регистрации солнечных нейтрино, основанный на измерениях концентраций долгоживущих продуктов реакций в геологических образцах, залегающих в недрах Земли. При этом оптимальными являются периоды полураспада от 104 до 107 лет. Это время достаточно велико, чтобы накопилось значительное число атомов продуктов реакций с нейтрино, особенно элементов, широко распространенных в земле, и одновременно слишком мало, чтобы данные изотопы сохранились с момента образования Земли и служили источником фона.
В качестве объектов исследования выбраны изотопы 41K, 81Br 97Mo, 205Pb. При взаимодействии с ними солнечных нейтрино образуются долгоживущие радиоактивные ядра с периодами полураспада, лежащими в указанном временном диапазоне. Можно ожидать, что за времена накопления, сравнимые с периодами полураспада, образуется 104—108 атомов этих изотопов на каждую тонну вещества. Такие количества атомов вполне доступны для регистрации с помощью рассмотренного выше лазерного метода счета. В то же время изме-
29
рение их радиоактивного излучения невозможно из-за очень низкой его интенсивности (несколько распадов в год).
Характерной особенностью данного метода является то, что разные изотопы имеют наибольшую чувствительность к различным участкам спектра нейтрино. Поэтому, измеряя выходы нескольких изотопов, можно детально судить об интенсивности потока различных компонент нейтринного спектра. Это очень важно, так как в опытах Р. Дэвиса регистрируемые нейтрино составляли очень малую долю в спектре (~104), и не исключено, что обнаруженная аномалия выхода связана лишь с одной из малоинтенсивных ядерных реакций в недрах Солнца.
Счет единичных атомов может использоваться и при исследовании целого ряда других процессов, представляющих большой интерес и имеющих важное значение для развития наших представлений о глубинном строении материи. К ним нужно отнести ядерные реакции при очень низких энергиях (такие реакции протекают в недрах звезд), распад нуклона, приводящий к развалу ядра, осцилляции нейтральных элементарных частиц (нейтрона, нейтрино). Чрезвычайно низкий выход продуктов всех этих процессов обусловливает требование -высокой чувствительности и селективности экспериментальной методики, чему в полной мере отвечают лазерные методы.
Необходимо отметить принципиальное различие ядерных и лазерных методов регистрации одиночных атомов. В ядерных методах регистрация атомов или ядер основана на изменении их состояния, например, при торможении в веществе или при распаде. Поэтому с каждым атомом можно провести, как правило, лишь одно измерение, которое нельзя повторить. В лазерном же методе, основанном на регистрации резонансно рассеянного светового излучения, атом после каждого акта возбуждения возвращается в исходное состояние, и с ним можно проводить повторные измерения, многократно его возбуждая,
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ЯДЕР
Проблема определения размеров атомных ядер, их формы, распределения заряда и ядерного вещества является одной из наиболее важных в ядерной физике. Эти исследования позволяют получать наиболее прямую информацию о свойствах ядерных сил, характере взаимодействия между нуклонами, определяющими их поведение в ядре.
Ядро представляет собой сложную квантовомехани-ческукэ систему, состоящую из сильно взаимодействующих и находящихся в непрерывном движении протонов и нейтронов. Поэтому к нему неприменимы представления классической механики о четко очерченных границах его поверхности, о точном положении или траектории движения составляющих его частиц. При описании ядерных свойств обычно приходится иметь дело со средними величинами.
Радиальное распределение ядерного вещества или электрического заряда характеризуется постоянной плотностью в центральной части и плавным спадом к поверхности (рис. 7). Это распределение описывается средним квадратичным радиусом <г2> V2 и толщиной поверхностного слоя а. Средний радиус ядра монотонно растет с увеличением массового числа А (числа нуклонов в ядре)— г= 1,2• 1O-13 А 1/з, что предполагает постоянную плотность ядер (эта плотность достигает огромной величины 2,3•1O14 г/см3). Большинство ядер имеет форму, близкую к сферической. Однако существуют ядра, форма которых напоминает вытянутый эллипсоид с отношением большой и малой осей, достигающим 3:2. Для ряда ядер характерна форма, близкая к сплюснутому эллипсоиду. Есть указания на то, что некоторые ядра могут иметь грушевидную форму. Ядерные моменты (и механический, и магнитный) складываются из собственных и орбитальных моментов нуклонов, движущихся в ядре.
Существует целый ряд методов определения перечисленных выше характеристик ядер. В основном это различные ядерные реакции — упругое и неупругое рассеяние электронов, протонов, а-частиц, поглощение я- и к-мезонов, спектры уизлучения, испускаемого при распаде радиоактивных ядер, оптические и рентгеновские
31
Рис. 7. Радиальное распределение ядерного вещества в ядрах с избытком нейтронов: сплошная линия — нейтроны; пунктир —» протоны
