Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
4°. В ядерной спектроскопии эффект Мёссбауэра используется для точных измерений энергетических уровней атомных
57 w
ядер. Так, например, для у-перехода в ядрах 2б^е с энергией перехода W = 14,4 кэВ измерение энергии уровня определено с
§ VIII.1.8. ЭФФЕКТ МЁССБАУЭРА
645
точностью до величины AW/W = 3 • 10 13. Для у-перехода в
67 30^
67
BZn с энергией перехода W = 93 кэВ величина AW/W оказа-
лась равной 5 • IO-16.
Эффект Мёссбауэра использован для проверки вывода о смещении частоты спектральных линий в гравитационном поле (1.6.2.1°). При движений фотона в гравитационном поле его
энергия изменяется на величину AW = -(W/c2)(<Pz ~ Фі), где ср^ и ф2 — потенциалы гравитационного поля в точках 1 и 2 (1.6.2.4°). Знак минус указывает на то, что увеличение энергии фотона в гравитационном поле происходит при перемещении фотона в направлении убывания ф:
AW = hAv = -WAip/с2.
Относительное изменение частоты при прохождении фотоном гравитационной разности потенциалов Дф:
Av Дф
V ““с2 *
Потенциал поля тяготения Солнца увеличивается по мере удаления от него. На поверхности Земли он больше, чем на по-
Av
верхности Солнца. Следовательно, — < 0 и все частоты линий
Солнца и звезд, регистрируемые на Земле, сдвинуты к красному участку спектра. Этот эффект называется гравитационным «красным смещением».
Эффект Мёссбауэра позволил обнаружить гравитационное смещение частоты у-фотона при движении его в поле тяготения Земли. При движении по вертикали от пола до потолка лаборатории на высоту порядка 10 м относительное изменение частоты будет равно
Av
где g — ускорение силы тяжести (1.7.3.3°). Для регистрации такого сдвига частоты необходимо осуществить резонансное поглощение у-фотонов так, чтобы источник и приемник у-излуче-ния имели относительную ширину линий, меньшую или равную IO-15. Тогда поглощение будет отсутствовать, если частота
646
ГЛ. VIII.l. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
Y-фотона, падающего на ядро, отличается от частоты фотона, который ядро может поглотить, на величину Av = 10~15v.
Опыт ставился с двумя одинаковыми кристаллическими источниками у-излучения, которые могли располагаться на 20 м один выше другого. Когда приемник у-излучения находился на одной высоте с источником у-фотонов, происходило резонансное поглощение. При подъеме приемника на 20 м поглощение прекращалось вследствие гравитационного смещения частоты. Для восстановления поглощения использовался эффект Доплера (IV.3.6.1°). При определенной скорости сближения приемника с источником излучения доплеровское увеличение частоты компенсировало ее гравитационное уменьшение и резонансное поглощение у-лучей восстанавливалось. Опыт явился подтверждением в лабораторных условиях гравитационного «красного смещения».
§ VIII. 1.9. Ядерные реакции
1°. Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные взаимодействием их друг с другом или с элементарными частицами (VIII.2.1.10). Как правило, в ядер-ных реакциях участвуют два ядра и две частицы. Одна пара «ядро—частица» является исходной, другая пара — конечной.
Символическая запись ядерной реакции:
А + а —» В + b или А(а, Ъ)В,
где А и В — исходное и конечное ядра, а и Ъ — исходная и конечная частицы в реакции. Иногда ядерная реакция может происходить неоднозначно и наряду с предыдущей реакцией может происходить по схеме А + а —» С + с, т. е. А(а, с)С или по другим схемам. Возможные схемы протекания ядерной реакции называются ее каналами. Начальный этап реакции называется входным каналом.
2°. Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции Q, равной разности энергий конечной и исходной пар в реакции (п. 1°). Если Q < 0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической', если Q > 0, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической. Эндотермическая ядерная реакция оказывается возмож-
§ VIII. 1.9. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
647
ной при некоторой наименьшей (пороговой) кинетической энергии Wnopor вызывающих реакцию ядер или частиц:
Ma + Ma , ,
Wnopor= ~'Ма IQl»
где Мд — масса неподвижного ядра-мишени, Ma — масса налетающей на ядро частицы (или ядра).
В ядерных реакциях выполняются законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда и массовых чисел. Если кинетическая энергия вступающих в реакцию частиц достаточна для рождения нуклон-антинуклонной пары (VIII.2.1.70), то массовое число может изменяться. Кроме того, в ядерной физике существуют особые законы сохранения, которых нет в других областях физики (VIII.2.3.10°).
3°. Эффективность ядерной реакции определяется величиной эффективного поперечного сечения о данной реакции (сечение реакции). Величина о имеет размерность площади и характеризует «выход» реакции на одну облучающую ядро частицу:
dn0 ° n0N0dx ’
В этом определении считается, что за единицу времени на единицу площади поперечного сечения вещества, содержащего Nq ядер в единице объема, падает плоскопараллельный поток, содержащий по частиц; dnQ — число этих частиц, претерпевших ядерную реакцию в слое толщиной dx.
