Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
Хотя это сечение очень мало по сравнению с сечением поглощения одного у-кванта, вклад процесса по-
54
Рис. 14. Поглощение лазерных квантов возбужденных ядром, (а) й барьеры деления ядер со спином O+ и 1" (б)
глощения двух квантов можно наблюдать, так как при этом вероятность деления возрастает на 3—4 порядка. Возможен и другой способ возбуждения состояний 0* и 2+ через электронную оболочку с помощью описанного выше процесса, обратного внутренней конверсии у-излучения. В этом случае резонансное лазерное излучение возбуждает атом, и после захвата ядром у-кванта энергия возбуждения атома передается ядру.
Изменение спина ядра на единицу при поглощении лазерного кванта увеличивает вероятность и ряда других процессов: возбуждения изомерных состояний с большим спином, испускания а-частиц в тех случаях, когда оно запрещено из начального состояния в основное законами сохранения спина и четности.
Воздействие интенсивного лазерного излучения на ядерные переходы возможно благодаря происходящим в этих переходах эффектам более высоких порядков. Такова эмиссия двух у-квантов вместо одного. В этом процессе энергия перехода произвольно распределяется между обоими у-квантами, и поэтому для одного из них
55
Рис. 15. Спектр Y-квантов при облучении ядер-изомеров лазерным излучением; а — оптическая линия; б — у-пишя.
может совпасть с энергией кванта светового излучения. В этом случае в поле лазерного луча возбужденное ядро будет испускать индуцированное излучение, как и в возбужденных атомах. Каждый индуцированный квант будет сопровождаться квантом спонтанного излучения, уносящего остальную энергию у-перехода, которая практически совпадает с энергией возбужденного состояния. Таким образом, воздействие лазерного излучения на возбужденные ядра приводит к появлению в непрерывном спектре у-излучения двух дискретных линий на обоих концах спектра (рис. 15). В ряде случаев линию с большей энергией можно наблюдать и тогда, когда прямой переход между возбужденным и основным состояниями по какой-либо причине подавлен. Такое подавление прямых у-переходов будет иметь место для изомерных состояний, когда вероятность у-перехода мала при больших изменениях сгжиов, а если спины начального и конечного состояний равны нулю, переход полностью запрещен.
В настоящее время широко обсуждается возможность воздействия интенсивного лазерного излучения на скорость ?-распада. Интерес к этой проблеме определяется двумя обстоятельствами.
Сейчас интенсивно исследуется слабое взаимодейст-
Б6
вие нуклонов, ответственное за ?-распад. Открытия в этой области (новые типы мезонов, связь электромагнитного и слабого взаимодействий) связаны с самыми фундаментальными свойствами материи. Внешнее воздействие на процессы ?-распада открыло бы новый подход к исследованию этих явлений.
Большинство практически используемых изотопов, продукты реакций деления, образующиеся в ядерных реакторах, испытывают ?-распад. Воздействие на ?'-pac-пад позволило бы в нужных пределах менять интенсивность радиоактивного излучения используемых изотопов, быстрее избавляться от радиоактивных отходов.
Расчеты показали, что воздействие лазерного излучения на вероятность ?-распада может быть заметным в том случае, когда электромагнитное поле, создаваемое лазерным излучением, таково, что на расстояниях порядка длины волны электрона в нем приобретается энергия, сравнимая с полной энергией ?-распада. Это достигается тем легче, чем меньше энергия электронов, испущенных из ядра (при этом больше их длина волны и меньше энергия, необходимая для изменения скорости распада). Однако даже и в этих случаях (например, при ?-распаде 3H, где Qo = 17 кэВ) для заметного на опыте уменьшения времени жизни ядра (>10~4—10~5) требуются интенсивности лазерного излучения, превышающие 1020 Вт/см2, что лежит за пределами возможностей лазеров, используемых в настоящее время.
В поле интенсивного лазерного излучения происходит изменение скорости целого ряда других процессов— испускания тормозного излучения быстрыми электронами, рождения пар электрон — позитрон жесткими V-квантами, некоторых распадов элементарных частиц, например n+->n° + e++v, gi+->e++v (то же для отрицательных л-мезонов).
Причиной этих изменений является электромагнитное взаимодействие с полем лазерного излучения электронов, вылетающих из ядер или при распаде пионов. В таком взаимодействии электроны могут получить или потерять энергию, и это приводит к ускорению одних процессов и замедлению других.
Необходимо заметить, однако, что существенные эффекты будут наблюдаться при таких мощностях светового излучения, которые пока еще недоступны сегодняшним лазерам.
57
Лазерное излучение воздействует и на другие характеристики ?-распада ядер или элементарных частиц — на угловое распределение и поляризацию (направление спина по отношению к направлению движения) испускаемых электронов. Это воздействие проявляется уже при меньших мощностях лазерного излучения, поэтому оно более доступно для наблюдения.
Таким образом, несмотря на низкую энергию световых квантов, импульсное лазерное излучение большой мощности может оказывать существенное влияние на скорости целого ряда ядерных процессов. Исследование этого влияния еще только начинается, но, несомненно, оно имеет большие перспективы.
