Избранные научные труды полностью

Боте и Гентнер ¹ наблюдали испускание нейтронов из тяжёлых ядер под действием гамма-лучей, которые обладали энергией около 17 Мэв и получались при столкновениях протонов с литием. В этих замечательных опытах обнаружился резко селективный характер этого ядерного фотоэффекта. Так, для некоторых немногих элементов (в распределении которых правильности не обнаруживается) сечения для такого эффекта оказались порядка 10^-26см^2, тогда как для громадного большинства изученных элементов никакого заметного эффекта не наблюдалось. Как указывалось различными авторами, такой селективный характер явления на первый взгляд трудно согласовать с нашими взглядами на механизм ядерных реакций — взглядами, к которым приводит изучение явлений, порождаемых столкновениями с нейтронами ². В самом деле, если рассмотреть распределение уровней энергии составного ядра, образованного в таких столкновениях, то окажется следующее. Для всех более тяжёлых элементов и для энергий возбуждения, превышающих 10 Мэв, распределение этих уровней должно, казалось бы, быть практически непрерывным; между тем ядерный фотоэффект, очевидно, требует и для гораздо более высоких возбуждений наличия резко ограниченных областей энергии и особо чувствительной «настройки» в пределах каждого из них.

¹ W. Воthe, W. Gentner. Zs. f. Phys., 1937, 107, 236.

² Cp.: N. Bohr. Nature, 1936, 137, 347 (статья 45), а также N. Bohr, F. Kalckar. Copenhagen Acad. Sci., Math.-Phys. Comm., 1937, 14, 10 (статья 48).

Это кажущееся противоречие, однако, исчезнет, если мы вникнем в некоторые особенности распределения уровней энергии составных ядер, которые образуют, как известно, промежуточный этап в ядерных превращениях, порождаемых столкновениями. Распределение уровней энергии этих составных ядер представляет совокупность стационарных состояний, соответствующих более или менее связанным типам собственных колебаний ядра. Фотоэффект же обусловлен в первую очередь взаимодействием с некоторыми специальными колебательными движениями, обладающими особыми излучательными свойствами. Таким образом, в ядерных превращениях, вызываемых высокочастотным излучением, мы не имеем дела с каким-либо вполне определённым промежуточным состоянием, для которого имеет место конкуренция вероятностей распада и излучения. В нашем случае мы должны рассматривать равновесие между процессами излучения и теми процессами, которые происходят в результате связи между данным специфическим колебательным движением ядра и другими возможными колебательными состояниями. Эта связь будет способствовать быстрому затуханию всех особенностей начального типа возбуждения и замене его более устойчивым состоянием возбуждённого ядра, в котором энергия распределена между всеми собственными колебаниями, подобно тому, как это имеет место для тепловых колебаний твердого тела при низких температурах. Как только такого рода состояние возбуждения ядра установилось, характер фотоэффекта практически определился. В самом деле, в этом состоянии излучательные свойства ядра будут подобны свойствам абсолютно чёрного тела с температурой в несколько миллионов электронвольт; поэтому вероятность того, что вся энергия возбуждения будет испущена в виде одного единственного кванта излучения в 17 Мэв, будет ничтожно малой. Кроме того, для тех высоких степеней возбуждения, о которых здесь идёт речь, полная вероятность всех радиационных процессов будет гораздо меньше вероятности распада ядра (последняя же возрастает с температурой по экспоненциальному закону, как и для обычных процессов испарения).

В этих рассуждениях предполагается, что в рассматриваемой области энергии сечение ядерного фотоэффекта выражается формулой того же вида, как и известная формула оптики для селективного поглощения, а именно:

=

^2

4

ⁱ

_RC

(-_i)^2 + 1/4 (_R+_C)^2

,

где и — собственно длина волны и частота -лучей, а _i, — одна из тех частот, которые соответствуют наибольшему резонансу. Далее, _R есть вероятность испускания вторичного кванта h из начального специфического состояния возбуждения ядра, а _C — вероятность превращения этого специфического состояния в обычное состояние возбуждения с той же энергией. Как видно, этот последний процесс представляет близкую аналогию с тем, который наблюдается при поглощении света в газах при больших давлениях; а именно, он соответствует влиянию столкновений молекул газа на уменьшение остроты резонанса.

Имеющиеся экспериментальные данные не позволяют непосредственно обнаружить для какого-либо элемента изменение сечения селективного фотоэффекта с частотой -лучей.