1 Как было указано Фришем и Плачеком (O. R. Frisch, G. Placzek. Nature, 1936, 137, 357) и Уиксом, Ливингстоном и Бете (Р. Weeks, М. Levingstone, Н. Be the. Phys. Rev., 1936, 49, 471), подобные простые рассуждения дают прямой метод определения небольших скоростей нейтронов. В самом деле, для процесса распада ядра, вызванного столкновениями с медленными нейтронами и ведущего к испусканию быстрых -лучей, сечение будет в хорошем приближении и для большой области энергий обратно пропорционально скорости нейтрона. Действительно, в подобном случае время жизни составной системы будет очень мало, и все типичные явления резонанса исчезнут; это видно и из формулы (15), если , определяемое из (16), очень велико по сравнению с энергией падающих нейтронов во всей рассматриваемой области.
2 В недавней статье Бете и Плачека (Н. Веthе, G. Placzek. Phys. Rev., 1937, 51, 450) дан подробный анализ экспериментальных данных, касающихся столкновений с медленными нейтронами. В статье выведены формулы немного более общего типа, чем (14) и (15), в которых явно принято в расчёт влияние спиновых свойств рассматриваемых ядер на явления резонанса.
В формулах (14) и (15) предполагается, что причиной аномального изменения сечений захвата и рассеяния является только одно полустабильное состояние составной системы. Но совершенно так же, как и в случае оптической дисперсии, здесь можно учесть и комбинированные эффекты нескольких резонансных уровней, если только ширина каждого уровня мала по сравнению с расстоянием между соседними уровнями. В случае же, если у составной системы в рассматриваемой области энергий распределение уровней является непрерывным, такой анализ не приводит к определённому результату. Но если в этой области длина волны падающего нейтрона всё-таки велика по сравнению с размерами ядра, то сечение рассеяния и захвата будет выражаться простой формулой (17), если только понимать в ней под n и r медленно изменяющиеся вероятности распада и излучения составной системы. В самом деле, в отличие от случая столкновения с быстрыми нейтронами, в этой области сечения определяются балансом между процессами образования и распада составной системы; это очень напоминает то, что происходит при полном резонансе (см. добавление VIII).
§ 6. Испускание заряженных частиц ядром
Как известно из квантовомеханического объяснения распада радиоактивных ядер, при котором испускаются -лучи, заряженная частица может вылетать из ядра, даже если её потенциальная энергия в области, непосредственно прилегающей к самой поверхности ядра, будет больше, чем её кинетическая энергия на больших расстояниях. И действительно, мы имеем весьма поучительное объяснение характерной зависимости между энергией, с которой -лучи вылетают из радиоактивных ядер, и средним временем жизни таких ядер; это объяснение вытекает из сравнения такого рода распада с прохождением частицы через фиксированный потенциальный барьер, окружающий ядро. Такой барьер образуется в результате комбинированного действия сил притяжения между ядерными частицами при малых расстояниях и их электростатического отталкивания за пределами радиуса действия этих сил. Как известно из теории Гамова, таким путём для вероятности распада в единицу времени получается выражение
=
-1
exp
-
4
h
b
a
2m[P(r)-E]
dr
,
(18)
где m и E — масса частицы и энергия, с которой она вылетает, P(r) — потенциал частицы на расстоянии r от центра ядра, a — внутренний радиус этого барьера и b — классическое расстояние наибольшего сближения.
Формула (18) служила, в частности, основой для оценки радиусов радиоактивных ядер по их известным постоянным распада. Однако надёжность таких вычислений была поставлена под сомнение, с тех пор как было установлено решающее влияние обмена энергиями между отдельными ядерными частицами на вероятность вылета незаряжённых частиц из составной системы, образованной в результате ядерных столкновений. В самом деле, мы должны иметь в виду, что нельзя считать, будто -частица до своего вылета свободно двигалась в потенциальной яме. Напротив, её вылет из ядра мы должны рассматривать как процесс, состоящий из двух более или менее резко разграниченных этапов. Первый из них состоит в отрыве -частицы от ядерной материи, а второй — в проникновении её в виде свободной частицы сквозь потенциальный барьер. Сравнивая первый этап этого процесса с вылетом быстрых нейтронов и сильно возбуждённых ядер, Бете в недавно опубликованной статье 1 пришёл к выводу, что проницаемость барьера для -частиц должна быть во много раз больше, чем это принималось до сих пор. Он получил таким путём значительно большие значения радиусов ядер, чем те, которые принимаются обычно; такие радиусы потребовали бы радикального изменения всех расчётов влияния внеядерных электрических сил на реакции заряженных частиц.
1 Н. Веthе. Phys. Rev., 1936, 50, 977.