Предметный указатель 2 страница

[95] При упругом рассеянии частицы не претерпевают каких-либо внутренних изменений, и не появляется новых частиц. Имеет место лишь перераспределение энергии и импульса между ними. При неупругом рассеянии наряду с таким обменом происходит изменение внутреннего состояния хотя бы одной из частиц.

[96] Об ускорителях заряженных частиц см. Лекцию 15.

[97] d – принятый символ для дейтрона, ядра атома дейтерия.

[98] Появление W_a в выражении (11.7) объясняется тем, что для осуществления процесса С → a + A

необходимо, как минимум, затратить энергию W_a. Если энергия будет больше, ее избыток пойдет на кинетическую энергию частицы а.

[99] Для нейтронов с энергией, по порядку величины равной энергии теплового движения атомов и молекул при нормальных условиях (0,025 эВ). Нейтроны с такой энергией называют тепловыми.

[100] То же самое можно сказать и о спектре любого радиоактивного ядра. Однако, среднее время жизни в последнем случае столь велико, что обычно не возникает надобности отличать квазистационарные уровни от стационарных.

[101] Величину Г_{( n , n )} называют шириной упругого канала, а Г_{( n , γ )} – радиационной шириной.

[102] Этим объясняется испускание сильно возбужденными ядрами запаздывающих нейтронов (п. 9.4).

[103] Если среднее время жизни составного ядра составляет ~10^–14, оно сравнимо с временами жизни по отношению к некоторым электромагнитным переходам.

[104] Вывод формул Брейта-Вигнера без учета спина частиц дан в ПРИЛОЖЕНИИ З.

[105] Для нейтронов высоких энергий длинноволновое приближение перестает выполняться. Но, как будет показано ниже, в этой области спектр составного ядра можно считать непрерывным.

[106] Впервые гипотеза о делении (к сожалению, оставшаяся без внимания) была выдвинута в 1934 г. И. Ноддак: «Возможно, что при бомбардировке нейтронами тяжелых ядер последние разделяются на несколько больших осколков, которые в действительности представляют собой изотопы известных элементов, но не являются соседями облучаемых элементов».

[107] Энергия связи нейтрона в ядре ²³⁶U выше, чем в ²³⁹U, так как при присоединении нейтрона к ²³⁵U и ²³⁸U в перовом случае образуется четно-четное, а во втором – нечетное ядро.

[108] Мысль о возможности цепной реакции деления ядер впервые была высказана Ф. Жолио-Кюри.

[109] Процесс установления спектра нейтронов с энергией ≤1 эВ под влиянием теплового движения атомов среды называют термализацией.

[110] Потеря энергии «малыми порциями» приводит к тому, что в процессе замедления нейтрон попадает в область резонансных максимумов, где сечения захвата особенно велики.

[111] Формула (14.1) сохраняет физический смысл для реактора любого типа, а также для атомной, или ядерной бомбы.

[112] При использовании отражателей нейтронов критические массы ²³⁵U и ²³⁹Рu могут быть уменьшены до 0,8 и 0,5 кг соответственно.

[113] Если обычная или тяжелая вода используется в реакторе в качестве замедлителя, она одновременно является и теплоносителем.

[114] В реакторах с водным замедлителем для регулирования мощности используется также варьирование концентрации борной кислоты в замедлителе (борное регулирование).

[115] Отметим, что ⁸⁷Kr и ¹³⁷Xe не случайно оказались «нейтроноактивными»: в этих ядрах 51 и 83 нейтрона соответственно, т.е. имеется один еще по одному нейтрону сверх магического числа 50 или 82. Этот «лишний», слабосвязанный нейтрон и покидает возбужденное ядро.

[116] Включая и образующийся в результате радиационного захвата ²³⁶U.

[117] Нестационарное отравление самарием после остановки реактора не влияет на возможность последующего пуска, если положительная реактивность, высвобождающаяся вследствие распада ¹³⁵Xe, меньше глубины прометиевого провала. В противном же случае, так как период полураспада ¹⁴⁹Sm > 10¹⁵ лет, пуск реактора оказывается невозможным в принципе (самариевая «смерть»).

[118] Первая в мире АЭС была построена и введена в эксплуатацию в СССР (г. Обнинск) в 1954 г.

[119] В 1980 г. США прекратили строительство реакторов на быстрых нейтронах, поскольку к тому моменту они выполнили свою основную функцию (производство плутония для ядерного оружия) и начали снабжать топливом другие реакторы, включая тепловые АЭС. Потребовалась мощная сеть химических заводов, извлекающих из отработанного топлива плутоний. В ежегодное обращение между предприятиями атомной промышленности должно было поступать огромное количество плутония, сравнимое с тем, какое было изготовлено за десятилетия для военных целей. Возникла угроза неконтролируемого распространения плутония и вместе с ним ядерного оружия. Поэтому быстрые реакторы в США предпочли запретить. На сегодняшний Россия является единственной страной, эксплуатирующей энергетический реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-600 с коэффициентом воспроизводства плутония > 1.

[120] В плотной газовой среде ускорение заряженных частиц невозможно из-за их взаимодействия с молекулами газов, заполняющих камеру.

[121] Источником ионов обычно служит ячейка, в которой создается газовый разряд.

[122] Ускоряющая разность потенциалов ограничена возможностью пробоя. Как правило, она не превышает 200 кВ.

[123] Вследствие этого ускорять электроны с помощью циклотрона практически невозможно.

[124] Большие токи пучков в циклотроне приводят к необходимости водяного охлаждения мишени.

[125] Их называют также синхроциклотронами.

[126] Увеличение B выше 1,8 Тл в магнитных блоках с железным ярмом невозможно из-за насыщения железа, однако это можно сделать, переходя к сверхпроводящим магнитным системам. Магнитное поле в блоках, намотанных кабелем с жилами из NbTi в медной матрице, при температуре жидкого гелия (4,2 К) может быть увеличено до 5-5,5 Тл, а при понижении температуры до 1,8 К – до 8-10 Тл. Дальнейшее понижение температуры позволяет переходить к ещё большим магнитным полям, но экономически невыгодно: размеры ускорителя уменьшаются, но растет количество дорогого и энергоёмкого криогенного оборудования.

[127] Примером может служить тормозное излучение антикатода рентгеновской трубки (п. 1.2).

[128] Подробнее об этом см. Лекцию 20.

[129] Для получения ускоренных электронов могут использоваться уже рассматривавшиеся в лекции электростатические генераторы и линейные ускорители.

[130] Источниками нейтронов могут также служить некоторые спонтанно делящиеся ядра с высоким выходом деления и относительно небольшим периодом полураспада, например ²⁵²Cf (Т _1/2 = 2,6 года).

[131] Исключение – источник RaBeF₄ (чистое вещество).

[132] Для конкретного выходного канала реакции.

[133] Это может быть, например, времяпролетный монохроматор: два диска со щелями, насаженные на общую ось. Диски сделаны из материала, поглощающего нейтроны, и приводятся во вращение вокруг оси. В результате из всех нейтронов, летящих параллельно оси, отбираются только те, которые имеют определенную скорость v = l / t, т.е. пролетели расстояние l между дисками за время t = φ / ω, где φ – угол между щелями, ω – скорость вращения дисков.

[134] С учетом квантовомеханического туннельного эффекта реакции возможны и при T < B, однако их сечения в этой области очень быстро стремятся к нулю с уменьшением энергии.

[135] Были точно измерены массы частиц и их кинетические энергии.

[136] Элементы с Z = 93-100 (т.е. от нептуния до фермия) образуются в реакциях нейтронов с тяжелыми ядрами. Кроме того, элементы до Z = 101 (менделевий) включительно получаются при бомбардировке тяжелых мишеней ускоренными ядрами ⁴Не.

[137] За исключением реакций, сводящихся к передаче одного или нескольких нейтронов.

[138] При β-распаде и изомерном переходе энергии ядер отдачи, как правило, недостаточно велики, чтобы вызвать разрыв химической связи. Химические превращения в этом случае связаны, в основном, с изменением заряда ядра.

[139] В воду в качестве носителя радионуклида ¹²⁸I добавляли небольшое количество нерадиоактивного йода. После извлечения ¹²⁸I из C₂H₅I свободный йод восстанавливали до I^– и осаждали в виде AgI.

[140] Может испускаться до 6 γ-квантов. Имеет место и внутренняя конверсия γ-квантов (п. 9.4), сопровождающаяся увеличением заряда на атоме и способствующая диссоциации молекулы.

[141] Формулы (16.14) и (16.15) непосредственно следуют из закона сохранения импульса.

[142] См. Лекцию 19.

[143] Знаменатель выражения (17.5) должен быть положительным, т.к. освобождающаяся ядерная энергия, во всяком случае, должна превышать энергию, уносимую излучением.

[144] Индуктор представляет собой первичную обмотку большого трансформатора, в котором камера токамака является вторичной обмоткой.

[145] Пучки таких атомов получают при пропускании ускоренных дейтронов через нейтральный газ.

[146] Впервые схема термоядерного реактора с удержанием плазмы в магнитном поле была предложена в 1950 г. А.Д. Сахаровым и И.Е. Таммом.

[147] J oint E uropean T orus (англ. – тор объединенной Европы).

[148] Критерий Лоусона nτ оставался в 4-5 раз ниже уровня зажигания.

[149] Первоначально название «ITER» было образовано как сокращение от «I nternational T hermonuclear E xperimental R eactor» (англ. – международный термоядерный экспериментальный реактор), но в настоящее время официально не считается аббревиатурой, а связывается со словом iter (лат. – путь).

[150] Термоядерный синтез в токамаке не может войти в режим неконтролируемого нарастания мощности без последующего срыва плазмы и прекращения реакций. Таким образом, термоядерному реактору присуща внутренняя безопасность.

[151] Эти реакции аналогичны поглощению γ-квантов атомами (см. Лекцию 21) и поэтому получили название ядерного фотоэффекта.

[152] См. об этом следующую лекцию.

[153] Антипротоны рождались при столкновении пучка ускоренных протонов (6,2 ГэВ) с протонами мишени (медь): p + p → p + p + p + . Антинейтроны получались в процессе перезарядки при взаимодействии антипротонов с нуклонами, например: + p → + n.

[154] Нейтральный пион был открыт в 1950 г.

[155] Вместе с античастицами.

[156] В зависимости от ориентации спина каждого из кварков: ↑↑↑ или ↑↑↓.

[157] От англ. glue – клей. Эти частицы «склеивают» кварки в адронах.

[158] Комбинация К К + З З + С С – абсолютно белая и поэтому не может играть роль переносчика сильного взаимодействия (нет обмена цветом).

[159] При наличии электрического заряда – и в электромагнитном.

[160] Или ~100 Дж. Энергии всего одной такой частицы достаточно, чтобы поднять груз массой 1 кг на высоту 10 м.

[161] Благодаря широтному эффекту земной поверхности могут, в общем случае, достигнуть лишь те частицы, энергия которых превышает определенную величину. Если энергия меньше этой величины, частица просто отразится от Земли магнитным полем.

[162] Первое столкновение происходит на высоте порядка 20 км. Так, опыты с шарами-зондами, запускаемыми на большую высоту, показывают, что интенсивность потока космических лучей возрастает лишь до высоты около 17 км над уровнем моря и при дальнейшем подъеме снижается.

[163] См. Лекцию 21.

[164] См. Лекцию 22.

[165] При Z ≈ 30 поправку на К -электроны имеет смысл вводить для протонов с кинетической энергией около 50 МэВ, а на L -электроны – около 10 МэВ. При еще меньших энергиях начинает сказываться роль M, N и других электронов.

[166] Поэтому такое рассеяние часто называют резерфордовским.

[167] Для расходящегося пучка необходимо ввести поправку на изменение телесного угла.

[168] Неупругие процессы становятся существенными только при очень высоких энергиях. Так, для электронов с энергией порядка 1 ГэВ наблюдались электроядерные реакции (например, электроделение урана).

[169] С точки зрения квантовой механики один и тот же электрон находится одновременно в состоянии 1 (свободный) и в состоянии 2 (связанный).

[170] Квантовая электродинамика – полная и последовательная теория электромагнитных процессов.

[171] В квантовой электродинамике строго доказывается, что аннигиляция в синглетном состоянии возможна с образованием только четного, а в триплетном – только нечетного числа γ -квантов.

[172] Позитроний можно рассматривать как легкий изотоп атома водорода (символ – (e ⁺ e ^–) или Ps), имеющий вдвое меньшую приведенную массу, вдвое меньший потенциал ионизации, вдвое больший боровский радиус и т.д.

[173] За исключением монохроматических электронов, возникающих при внутренней конверсии γ-квантов.

[174] Экспоненциальный закон ослабления пучка является результатом непрерывности β-спектра в сочетании с характером поглощения монохроматических электронов.

[175] Смещение атомных электронов относительно ядер приводит к образованию диполей. Возвращение атомов в нормальное состояние сопровождается испусканием электромагнитного излучения.

[176] Фотоэффект – понятие достаточно широкое, применимое к электромагнитному излучению как в области видимого и ультрафиолетового спектра, так и в области рентгеновских лучей и γ-квантов. Например, при облучении поверхности металла световыми квантами с энергией порядка работы выхода происходит вырывание электронов с поверхности (внешний фотоэффект). При облучении полупроводника квантами с энергией, превосходящей ширину его запрещенной зоны, электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости (внутренний фотоэффект) и возникает фотопроводимость.

[177] То, что некоторая часть рассеянного рентгеновского излучения имеет первоначальную длину волны, объясняется тем, что часть фотонов рассеивается на внутренних электронах, сильно связанных с атомами. Это эквивалентно столкновению фотона не со свободным электроном, а с атомом, масса которого в тысячи раз больше массы электрона. Следовательно, передача энергии и связанное с ней изменение длины волны в этом случае оказываются в тысячи раз меньшими, т.е. практически ненаблюдаемыми. Для γ-квантов, энергия которых больше энергии связи любого из атомных электронов, наблюдается только смещенная линия.

[178] Образование электрон-позитронных пар может иметь место при взаимодействии двух γ-квантов с суммарной энергией > 2 m_ec ², а также при столкновении двух электронов, если кинетическая энергия движущегося электрона > 6 m_ec ². Все эти результаты непосредственно следуют из формулы (11.3). Электрон-позитронная пара может быть также рождена в поле электрона фотоном с небольшой энергией (~10 эВ), если он взаимодействует с ультрарелятивистским электроном.

[179] В воздухе от 20 кэВ до 23 МэВ, в свинце – от 500 кэВ до 5 МэВ.

[180] Это объясняется тем, что пробег электронов приблизительно обратно пропорционален Z, в то время как коэффициент поглощения γ-квантов за счет эффекта Комптона прямо пропорционален Z. В области малых энергий, где преобладает фотоэффект, счетчики со стенками из материалов с большим Z обладают большей эффективностью, поскольку сечение фотоэффекта пропорционально Z ⁵. В области высоких энергий, где преобладает процесс образования электрон-позитронных пар, материалы с большими Z также дают большую эффективность, поскольку сечение образования пар возрастает как Z ² (Лекция 21).

[181] Физика этих процессов уже рассматривались в Лекциях 12 и 13.

[182] Это делает камеры деления особенно удобными для измерения малых нейтронных потоков при запуске и остановке ядерного реактора, так как эти потоки сопровождаются интенсивным γ-излучением и поэтому дискриминация особенно важна. Применение борных камер для этих целей невозможно.

[183] Т.е. такой источник, для которого все направления вылета частиц равновероятны.

[184] Примерами реализации метода 4π-геометрии являются введение радиоактивного вещества в наполняющую смесь газоразрядного счетчика, расположение тонкого пленочного источника между двумя сцинтилляционными кристаллами, помещение источника нейтронов в бак с детектирующим веществом и т.п.

[185] Схема запаздывающих совпадений позволяет регистрировать сигналы, временной интервал между которыми равен некоторой заданной величине.

[186] В хороших схемах совпадений разрешающее время достигает порядка 10^–10 с.

[187] При отсутствии угловой корреляции между вылетом частиц.

[188] Например, нельзя определить активность ¹³⁷Cs, так как при его распаде образуется изомер ^137mBa с Т _1/2 = 2,52 мин. Очевидно, что β-γ-совпадения в этом случае наблюдаться не будут.

[189] Иногда бывает достаточно источника с одним радионуклидом, если испускаемые им группы частиц значительно различаются по энергии или при распаде образуются дочерние радионуклиды, испускающие частицы с другой энергией.

[190] Многократное комптоновское рассеяние с последующим фотоэффектом называют комптоновской перекачкой энергии.

[191] От фонового излучения.

[192] Под полем излучения понимают область пространства, каждой точке которой поставлены в соответствие плотность потока φ (Е) и плотность тока j (E) частиц излучения с энергией E.

[193] RAD, Radiation Absorbed Dose (англ.) – поглощенная доза излучения.

[194] Если пренебречь энергией связи атомных электронов, которые становятся свободными.

[195] Равновесное состояние может существовать в поле любого ионизирующего излучения; вторичными заряженными частицами при этом не обязательно будут электроны.

[196] KERMA, Kinetic Energy Released in MAterial (англ.) – кинетическая энергия, высвобожденная в веществе.

[197] Под элементарной следует понимать такую сферу, в пределах объема которой характеристики поля излучения можно считать неизменными.

[198] Самые жесткие фотоны с энергией в несколько МэВ способны возбуждать ядерные реакции (п. 17.4), однако сечения этих процессов много меньше сечений трех основных эффектов.

[199] Она велика только вблизи скачков поглощения, когда энергия первичного фотона практически равна энергии связи вылетевшего электрона. Чем тяжелее материал поглотителя, тем существеннее эта поправка.

[200] Отметим, что в дальнейшем энергия 2 m_ec ² становится в энергией аннигиляционных γ-квантов.

[201] В связи с этим в приведенном примере D > K.

[202] На долю трех последних элементов приходится не более 10% поглощенной энергии

[203] Излучение, состоящее из частиц разного вида, называют смешанным.

[204] В том числе генетические, определяющие вероятность наследственных заболеваний у потомства облученного человека. К стохастическим эффектам относится также возникновение злокачественных опухолей в результате облучения.

[205] Например, риск смерти от курения равен 5·10^–4 случаев/(чел·год). Это означает, что на 1 млн. курящих людей каждый год умирает от болезней, вызываемых курением, дополнительно 500 чел.

[206] Включая природные.

[207] Асимптотический переход непосредственно от биномиального распределения к нормальному является следствием доказываемой в теории вероятностей предельной теоремы Муавра-Лапласа.

[208] Закон сохранения импульса не нарушается в любом случае, т.к. суммарный импульс электрона и антинейтрино компенсируется импульсом ядра отдачи.

[209] Интегральное преобразование Фурье, определяемое формулами (З.2) и (З.3), тесно связано с преобразованием Лапласа (ПРИЛОЖЕНИЕ Д) и обладает аналогичными свойствами.

[210] С учетом спина формулы Брейта-Вигнера записываются как (12.10) и т.п. Происхождение и вид спинового множителя можно установить из следующих соображений. В результате вырождения уровня составного ядра С по спину вероятность его образования будет в (2 J_C +1) раз больше, чем в приближении бесспиновых частиц. С другой стороны она будет в 2(2 J_А +1) раз меньше, т.к. система «нейтрон + ядро А» в момент взаимодействия может находиться лишь в одном из (2·1/2 +1)(2 J_А +1) вырожденных состояний.

[211] В проводниках (металлах) валентная зона и зона проводимости перекрываются.

[212] Ширина запрещенной зоны зависит от температуры и давления. У кремния при нормальных условиях Е_g = 1,12 эВ, у германия 0,67 эВ.

[213] Очень малая, так как Е_g >> kT ~ 0,025 эВ.

[214] Причины этого обстоятельства, имеющего решающее значение для теории полупроводников, рассматриваются в курсах физики твердого тела.

[215] Например, для мышьяка в кремнии E_d = 0,049 эВ, в германии – всего 0,013 эВ.

[216] От начальных букв слов p ositive и n egative (англ.) – положительный и отрицательный.

[217] Или фосфоресценции, если переход В ’ В совершается между уровнями разной мультиплетности. Среднее время жизни относительно фосфоресценции на несколько порядков больше.

Дата добавления: 2015-05-26