Возбуждение ядра – сообщение
ядру дополнительной энергии, в результате чего увеличивается его внутренняя
энергия, и ядро переходит из основного состояния в возбужденное. Ядро является
квантовой системой взаимодействующих нуклонов и имеет строго определенный и
дискретный набор разрешенных энергетических состояний. Уровни возбуждения бывают
одночастичными и коллективными. Наименьшее количество энергии, которое может
поглотить ядро, соответствует его первому возбужденному уровню. Переход на первый
возбужденный уровень у легких ядер чаще всего представляет собой переход одного
нуклона в ближайшее незанятое состояние. У тяжелых ядер переход на первый возбужденный
уровень обычно связан с возбуждением колебаний всего ядра или вращением ядра
как целого, то есть с проявлением коллективного взаимодействия нуклонов в ядре.
На
рис.1.7.1изображены типичные схемы возбужденных
уровней легкого и тяжелого ядер. Система энергетических уровней ядра называется
энергетическим спектром ядра. Энергия каждого уровня обозначается слева,
а спин и четность (см. §1.8) данного состояния справа. Совокупность значений этих
величин называется характеристикой уровня. Первый возбужденный уровень
E1 легких ядер (А < 50) расположен при энергии ~ 1 МэВ,
у тяжелых (А > 200) ~ 0,1 МэВ. Спины ядер в возбужденных состояниях
могут отличаться от спинов в основном состоянии.
Все
возбужденные уровни не являются строго моноэнергетическими, а имеют конечную ширину
Г, которая связана со средним временем t
жизни ядра в данном возбужденном состоянии соотношением неопределенностей:
(1.7.1)
Типичная
величина t
~ 10-14 с. Этому значению t
соответствует Г ~ 0,1 эВ. Однако бывают величины t
и Г на много отличающиеся от этих. Следует подчеркнуть, что среднее время
жизни ядра в возбужденном состоянии велико по сравнению с характерным временем
ядерного взаимодействия (~ 10-23с, см. (1.9.17)), то есть по
ядерным масштабам времени возбужденное ядро живет весьма долго.
На
рис. 1.7.1 (в кружке) показана в увеличенном виде структура уровней. Распределение
W(E)
представляет собой плотность вероятности образования возбужденного состояния ядра
от энергии. Ширина уровня Г определяется на половине высоты этого распределения.
Понятие
уровня, а тем самым и его характеристики, имеют смысл до тех пор, пока ширина
Г уровня не превышает расстояния D
между соседними уровнями, т.е. пока уровни не перекрываются. Поэтому условие существования
уровня имеет следующий вид:
.
(1.7.2)
При
выполнении условия (1.7.2) характеристики стабильных ядер можно вводить и для
нестабильных ядер, а также для стабильных ядер, находящихся в возбужденном состоянии.
С
ростом энергии возбуждения расстояние между уровнями в среднем экспоненциально
уменьшается. Одновременно уменьшается среднее время жизни τ
уровня и в соответствии с (1.7.1) растет ширина уровней Г . В результате
при некоторых значениях энергии возбуждения ширина уровней становится сравнимой
с расстоянием между соседними уровнями и при дальнейшем увеличении энергии возбуждения
уровни сольются и станут, а энергетический спектр ядра в этой области энергий
становится сплошным. Для тесно расположенных уровней можно говорить оплотности
уровней - числе уровней, приходящихся на единичный интервал энергии.
Если
энергия возбуждения ядра меньше энергии связи нуклона, то переход в основное состояние
происходит с испусканием g-кванта,
или последовательного каскада g-квантов,
которые уносят из ядра энергию возбуждения. Так как интенсивность электромагнитных
сил (см. §1.9 п.3) много меньше ядерных, то и процессы под их действием протекают
существенно медленнее. Поэтому, если энергия возбуждения превышает энергию отделения
нуклона, то переход в основное состояние будет происходить преимущественно с испусканием
нуклона (чаще всего нейтрона, так как для него отсутствует кулоновский барьер).
При этом надо помнить, что возникающее конечное ядро не имеет ничего общего с
начальным ядром.
Другие главы электронного учебника "Физика для студентов технических университетов"
Возбуждение ядра – сообщение
ядру дополнительной энергии, в результате чего увеличивается его внутренняя
энергия, и ядро переходит из основного состояния в возбужденное. Ядро является
квантовой системой взаимодействующих нуклонов и имеет строго определенный и
дискретный набор разрешенных энергетических состояний. Уровни возбуждения бывают
одночастичными и коллективными. Наименьшее количество энергии, которое может
поглотить ядро, соответствует его первому возбужденному уровню. Переход на первый
возбужденный уровень у легких ядер чаще всего представляет собой переход одного
нуклона в ближайшее незанятое состояние. У тяжелых ядер переход на первый возбужденный
уровень обычно связан с возбуждением колебаний всего ядра или вращением ядра
как целого, то есть с проявлением коллективного взаимодействия нуклонов в ядре.
