Курсовая, контрольная работа. Примеры выполнения

Фотоядерные реакции: астрофизические приложения

    Изучение фотоядерных реакций имеет довольно разнообразные и многочисленные астрофизические приложения. Среди них можно перечислить следующие :

• Прецизионные и модельно независимые измерения нейтронного распределения в тяжелых ядрах (радиус и внешний слой при средней плотности = 0.1 Фм^-3) позволяют построить уравнение состояния нейтронных звезд при более высокой плотности, определить точку фазового перехода из жидкого в твердого состояния.

• Исследование реакций Кулоновского взаимодействия для оценки сечений радиационного захвата при энергиях ниже энергии связи нуклона для короткоживущих радоактивных ядер позволяет описать механизмы взрыва новых, сверхновых звезд и нейтронных звезд.

• Исследование фотонейтронных реакций на легких ядрах (D, Be) при энергии фотонов от 1 до 3 МэВ позволяет получить данные об обратных реакциях, существенных для ранней стадии образования вселенной.

• Изучение образования кислорода и сгорания гелия в звездах путем измерения реакции ¹⁶O(,)¹²C при энергии от 1 до 3 МэВ. Исследование нуклеосинтеза.

• Измерение тормозного спектра позволяет оценить тепловой спектр Планка для -процесса при температуре до 2.5 МэВ (2.5 биллионов градусов). Изучение флюоресценции при облучении ¹⁹⁶Au дает информацию о процессах электронного захвата в ядрах.

• Измерение анизотропии скорости света по отношению к диполю космического микроволнового фона.

    Рассмотрим более подробно два типа фотоядерных экспериментов с точки зрения получения астрофизической информации. Первый эксперимент был выполнен на Европейском источнике синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле в коллаборации ГРААЛЬ. Для определения анизотропии скорости света по отношению к диполю микроволнового фонового (реликтового) излучения был использован пучок гамма квантов, полученных методом обратного комптоновского рассеяния электронов на накопителе. Эта работа является аналогом классического опыта Майкельсона — Морли, но результат получен совершенно независимым способом, который позволил на 2 порядка улучшить точность. Второй пример касается исследования рассеяния электронов на ядрах, удаленных от области стабильности и который может быть выполнен методом встречных пучков электронов и тяжелых ионов (проект ELISe). Эти эксперименты готовятся в настоящее время в Дармштадте, где создаются охлажденные пучки радиоактивных нестабильных ионов и интенсивные пучки ускоренных электронов, которые будут использованы как встречные пучки.
    Анизотропия по отношению к диполю реликтового излучения с температурой Т имеет допплеровский характер и обусловлена тем, что земля движется с относительной скоростью v/c = 0.00122 по отношению к системе координат, связанной с этим реликтовым излучением. Предыдущие эксперименты дали верхний предел на величину анизотропии c/c на уровне 2^.10^-10 - (Мессбауровская лазерная спектроскопия), 3.10^-9 - Эксперименты на спутниках NASA, 3^.10^-7 - NASA Deep Space Network .

Рис. 16.1. Система мечения фотонов по энергии. 1 — вакуумный бокс, 2 — микростриповый кремниевый детектор, 3,4 — пластиковые счетчики. Расстояние от пучка до ближайшей, параллельной ему стенки - 1 см.

    Новый метод основан на измерении положения верхнего края спектра комптоновского излучения от ориентации установки (Земли) в пространстве. Схема комптоновского метода получения фотонов была описана в 6-ой главе.
    Энергия обратно рассеянных лазерных фотонов определяется уравнением:

(16.1)

где релятивистский фактор E_l/m_e10⁴, E_l - энергия лазерных фотонов, - угол вылета рассеянного фотона по отношению к направлению движения лазерных фотонов. Лоренц фактор для электрона

,

(16.2)

можно трансформировать в уравнение,

,

(16.3)

где для анизотропии появляется фактор 1/² , равный 10⁸ (на установке GRAAL энергия электронов в накопителе равна 6027.6+0.6 МэВ, длина волны лазера 514 и 351 нм (для зеленой и ультрафиолетовой линии, соответственно). Энергия комптоновских фотонов измерялась с помощью системы мечения, расположенной после дипольного магнита (см. рис.16.1).

На главную сайта Dvoika.net