Избранные научные труды полностью

Особенно поучительным результатом дискуссии о ядерных превращениях при столкновении с нейтроном является также открытие принципиальной разницы в распределении энергетических состояний в ядрах и атомах. Действительно, образование долгоживущего промежуточного состояния при столкновении между ядрами и нейтронами любой, достаточно высокой энергии требует обширной непрерывной области энергий составного ядра, которая, казалось, находится в прямом противоречии с доказанной при анализе спектров -излучения дискретностью энергетических состояний. Однако следует учесть, что при подобных соударениях мы имеем дело с такой энергией возбуждения составного ядра, которая много больше энергий возбуждённых состояний, имеющих отношение к обычному -излучению. В то время как в последнем случае мы имеем дело с возбуждением, не превышающим нескольких миллионов электронвольт, в первом же случае энергия возбуждения равняется сумме кинетической энергии свободного нейтрона и энергии связи нейтрона в нормальном состоянии составного ядра, которая составляет для средних массовых чисел почти 10 Мэв. Фактически область непрерывных энергий для таких массовых чисел начинается при энергии возбуждения только около 12 Мэв, и она примыкает к области дискретных состояний ядра совершенно равномерно, причём расстояния между соседними уровнями, которые для самых глубоких состояний оказываются порядка 1 Мэв, очень быстро уменьшаются с ростом энергии.

Прямое указание на чрезвычайно плотное распределение ядерных состояний при высоких энергиях возбуждения дали исследования по захвату очень медленных нейтронов, которые — в противоположность опытам по рассеянию быстрых нейтронов — обнаружили чёткое различие в реакциях ядер с незначительно отличающимися зарядом и массой. Эта избирательность представляет собой, очевидно, квантовомеханическое явление резонанса, обусловленное, так сказать, случайным совпадением энергии связи нейтрона в созданном при захвате новом ядре с квантовым уровнем этого ядра. Из резкости резонанса и наличия избирательности среди элементов можно действительно заключить на основе простых статистических соображений, что для средних массовых чисел расстояния между уровнями вблизи энергии возбуждения 10 Мэв составляют только около 10 эв. Большой интерес представляет явление резонанса при рассеянии медленных нейтронов вообще и прежде всего наблюдение эффективных сечений, которые в отдельных случаях могут более чем в 1000 раз превышать размеры ядер; это убедительный пример полной непригодности классического характера траектории в пределах расстояний, малых по сравнению с длиной волны де Бройля. В таких условиях проблема столкновений действительно обнаруживает далеко идущее сходство с акустическими и оптическими резонансными явлениями, и, как показали впервые Брейт и Вигнер и впоследствии более подробно Бете и Плачек, можно представить, как ядерные эффективные сечения рассеяния и захвата меняются с энергией согласно формулам, совершенно аналогичным хорошо известным дисперсионным формулам оптики.

В то время как эти выводы основываются на весьма общих соображениях, объяснение распределения энергетических уровней ядер, а также оценка вероятностей индивидуальных распадов и излучений, определяющих ход ядерных реакций, требуют более тщательного изучения соответствующих механических проблем. Правда, в настоящее время невозможно провести строгое рассмотрение этих проблем; но характерные свойства ядер, для которых имеет решающее значение как раз тесная связь частиц в ядре, всё же можно объяснить путём сравнения с известными свойствами твердых и жидких тел. Прежде всего типичное различие в распределении возбуждённых состояний атомов и ядер легко объяснить, заметив, что в возбуждённых атомах мы, в общем, имеем дело с изменением квантового состояния отдельного электрона, в то время как при ядерном возбуждении речь идёт о квантовании движений всех частиц, напоминающих вращение и колебания твердого тела. Совокупность энергетических уровней упругого тела в самом деле определяется, если вначале отвлечься от вращений, всеми возможными комбинациями квантовых состояний, соответствующих основным колебаниям, и поэтому, вследствие весьма быстрого роста возможностей комбинирования с энергией, имеет точно такой же общий характер, как спектр состояний ядер. В количественном отношении это сравнение также даёт приблизительно правильное представление о распределении состояний ядра, так как из комбинаций приблизительно эквидистантно распределённых собственных значений с расстояниями около 1 Мэв уже при энергии 10 Мэв мы получаем плотность уровней того же порядка величины, что и полученная из опытов с медленными нейтронами.