Из того обстоятельства, что энергия связи нейтрона в ядре с чётным номером значительно больше в случае чётного атомного веса, чем в случае нечётного, мы должны ожидать, что при данной скорости нейтрона энергия возбуждения составного ядра с атомным весом 236 будет значительно больше, чем с атомным весом 239. Соответственно этому в первом случае будет наблюдаться более плотное распределение резонансных уровней и значительно большая вероятность деления, чем во втором. Поэтому даже при возбуждении ядра медленными нейтронами вероятность деления ядра урана-236 будет значительно больше, чем вероятность радиационного захвата. Благодаря соответствующему уширению уровней энергетический спектр ядра урана-236 в рассматриваемой области может оказаться непрерывным. Тогда при условии, что вероятность деления достаточно велика, мы должны для малых энергий нейтронов ожидать обратно пропорциональной зависимости сечения деления от скорости нейтронов. Это позволяет объяснить как наблюдаемые вероятности рассматриваемых процессов, вызываемых тепловыми нейтронами, так и отсутствие каких-либо существенных эффектов в случае нейтронов более высоких скоростей. Для быстрых нейтронов сечение, разумеется, не может превосходить геометрические размеры ядра и вследствие малого количества рассматриваемого изотопа урана-235 число случаев его деления будет значительно меньше, чем число случаев деления преобладающего изотопа.
Поэтому представляется, что все известные экспериментальные факты получают простое объяснение без каких-либо дополнительных предположений об особых свойствах некоторых уровней. Подобные предположения, которые до настоящего времени считалось необходимым принимать для объяснения рассмотренных явлений, в действительности было бы трудно согласовать с общими представлениями о возбуждении ядер. Более подробное обсуждение механизма деления и стабильности тяжёлых ядер в их основном и возбуждённом состояниях будет опубликовано в статье автора, написанной в сотрудничестве с проф. Дж. А. Уилером.
Институт перспективных исследований
Принстон, Нью-Джерси
7 февраля 1939 г.
60 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГИЙ НЕПРЕРЫВНОГО СПЕКТРА *
*
Для ядерных реакций, вызываемых столкновением частиц или электромагнитным излучением, типично, что они могут рассматриваться как бы происходящими в два этапа: сначала образуется сильно возбуждённое составное ядро, а затем происходит его распад или радиационный переход в менее возбуждённое состояние. Пусть A, B, … — возможные взаимоисключающие исходы реакции, характеризующиеся природой, внутренним квантовым состоянием и направлением спина как испускаемой частицы или фотона, так и остаточного ядра, а также орбитальным моментом. Вероятности переходов в единицу времени из составного состояния в состояние A, B, … обозначим соответственно через PA, PB, … .
Сечение реакции A->B при этом, очевидно, будет
A
B
=
A
PB
PA+PB+…
,
(1)
где A — сечение образования составного ядра при столкновении, для которого A является исходным состоянием. Конечно, в этой формуле подразумевается, что мы имеем дело с такими энергиями, при которых возможно образование составного ядра. Другими словами, мы находимся либо в непрерывном спектре энергий, либо, если уровни дискретны, вблизи оптимального резонанса. Более того, предполагается, что все возможные реакции, включая рассеяние, происходят через образование составного ядра. В частности, пренебрегается вкладом так называемого потенциального рассеяния, когда частица отклоняется, фактически не вступая в близкий контакт с отдельными частицами исходного ядра.
При таких предположениях весьма общая теорема квантовой механики 1, связанная с сохранением полной вероятности, приводит к соотношению
A
=
^2
(2l+1)
PA
PA+PB+…
,
(2)
где — длина волны налетающей частицы и l — её момент количества движения.
1 Детали этого рассмотрения, как и других вопросов, затронутых в настоящей заметке, будут опубликованы в «Communication of the Copenhagen Academy».
В случае системы дискретных уровней формулы (1) и (2) дают то же сечение, что и обычная дисперсионная формула, применённая к середине резонансной линии в пренебрежении влиянием остальных уровней. При этом каждому резонансному уровню соответствует чётко определённое квантовое состояние составного ядра, и его свойства — в том числе и вероятности распада PA, PB, … — не могут зависеть от того, при каком столкновении оно возникло. Иначе говоря, они были бы точно такими же, если бы мы вместо A в качестве исходного состояния выбрали B, C и т. д.