Избранные научные труды полностью

Как известно, при рассмотрении ядерных реакций, которые вызываются столкновениями ядер с дейтронами, необходимо принимать во внимание процессы двух типов. В процессах первого типа (процесс I) промежуточное состояние образуется путём захвата ядром всего дейтрона; в процессах же второго типа (процесс II) в ходе столкновения происходит расщепление дейтрона, в результате которого в составное ядро включается только нейтрон, а протон остаётся свободным. Как впервые было отмечено Оппенгеймером и Филлипсом ¹, а позднее более подробно рассмотрено Бете ², при определённых обстоятельствах сечение образования составной системы в процессе II может быть заметно больше, нежели в процессе I. Тем не менее в обычных ядерных реакциях пока ещё трудно установить чёткое различие между двумя упомянутыми типами процессов. В этой связи интересно отметить, что изучение процессов деления тяжёлых ядер под действием дейтронов открывает для этого новые возможности.

¹ J. R. Oppenheimer, M. Phillips. Phys. Rev., 1935, 48, 500.

² H. А. В'ethe. Phys. Rev., 1938, 53, 39.

Процессы деления не только легко отличить от всех других возможных ядерных реакций, но для них характерно, в частности, ещё и то, что необходимая для деления критическая энергия возбуждения различна для различных ядер. Именно в отношении возбуждения составного ядра процессы I и II существенно отличаются друг от друга. В то время как возбуждение, возникающее в процессах первого типа, намного превышает энергию связи нейтрона для всех рассматриваемых сейчас ядер, в процессах второго типа оно в среднем меньше этой энергии. Поскольку у наиболее распространённого изотопа урана, так же как и у тория, критическая энергия деления больше, чем энергия связи нейтрона, был сделан вывод ³, что деление урана и тория может играть заметную роль только в процессах первого типа. Даже если в некоторых интервалах энергии дейтронов процессы типа II и являются более вероятными, они почти всегда должны приводить просто к захвату нейтрона с последующим образованием радиоактивных изотопов урана и тория с известными периодами полураспада.

³ N. Bohr, J. A. Wheeler. Phys. Rev., 1939, 56, 449 (статья 61).

Одна из возможностей проверки приведённых выше аргументов состоит в сравнении выходов деления урана и тория. Это возможно благодаря тому, что вероятность деления составного ядра в процессе I может быть оценена хорошей степенью точности. Действительно, энергия возбуждения в процессе I не только достаточна для того, чтобы деление могло успешно конкурировать с нейтронной радиоактивностью, но даже и после испускания нейтрона возбуждение ядра всё ещё достаточно велико для того, чтобы последующее деление было весьма вероятно. Оценки показали ⁴, что полная вероятность деления составного ядра в процессе таких последовательных превращений близка к единице для урана и к 0,8 для тория. Эти предсказания, по-видимому, подтверждаются экспериментами Якобсена и Лассена ⁵, согласно которым при энергии дейтронов, равной 9 Мэв, отношение сечений деления урана и тория оказывается приблизительно равным 0,7.

⁴ N. Bohr. Phys. Rev., 1940, 58, 864 (статья 65).

⁵ J. С. Jacobsen, N. О. Lassen. Phys. Rev., 1940, 58, 867.

Однако в ходе последующего обсуждения этих экспериментов ⁶ выяснилось, что вследствие меньшего заряда ядра следует ожидать, что для тория сечение образования составной системы в процессах типа I должно быть на 25% больше, чем для урана. Следовательно, если бы весь эффект деления в обоих случаях был полностью обусловлен процессами этого типа, то, согласно теоретической оценке, отношение сечений деления тория и урана было бы около 1,0 вместо 0,8. Разница между этим значением и экспериментальным значением, равным 0,7, слишком велика, чтобы её можно было объяснить, если не предположить, что, по крайней мере в случае урана, заметная доля всего эффекта обусловлена процессами типа II. В пользу этого вывода говорит также более детальное сравнение сечений деления тория и урана при меньших энергиях дейтронов. Так, в экспериментах Якобсена и Лассена сечение деления дейтронами с энергией порядка 8 Мэв для урана относительно больше, чем для тория, как и следовало ожидать, если в случае урана эффект частично приходится на долю более низких энергий.

⁶ J. C. Jacobsen, N. O. Lassen. Det. Kgl. Danske Vidensk. Selsk. Math.-Fys. Medd. (Math.-Phys. Comm., Acad. Sci. Copenhagen), 1941.