Fotoyadro reaksiyalar
Fotoyadroviy reaksiya
Fotoyadroviy reaksiya bu gamma nurlanishning atom yadrosiga tushishi natijasida yadroning uyg'ongan holatga o'tishi , mayda zarralarga ajralish jarayoni hisoblanadi.Fotoyadroviy reaksiyalarning hosil bo'luvchi zarralar turiga ko'ra va tushuvchi gamma nurlar energiyasiga ko'ra turlarga bo'linadi.Masalan , agar proton , alfa zarra yoki neytron hosil bo'lsa mos ravishda (γ,p)(γ,α),(γ,n) deyish mumkin.Yoki avval aytilgandek tushuvchi gamma nurlar energiyasi bo'yicha yuqori energiyali va quyi energiyali fotoyadroviy reaksiyalarga bo'linadi.
Fotoyadroviy reaksiyalar temirdan yengil zarralar uchun endotermik ( energiya yutuvchi ) , temirdan og'irroq yadro uchun esa ekzotermik (energiya chiqaruvchi ) bo'ladi.
Fotoyadroviy reaksiya. O’z nomi bilan aytib turibdiki bunday reaksiyada fotonlardan ya’na ham aniqrog’i gamma nurlardan foydalanilar ekan. Albatta bunday reaksiyalarning asosiy bo’lish sharti tushayotgan gamma zarra energiyasi yadro nuklonining bog’lanish energiyasidan katta bo’lishi kerak. Fotoyadroviy reaksiyalarning ham bir qancha turlarga bo’linadi. Masalan, (γ,p) ,(γ,n) va (γ,α) va boshqa reaksiyalarni keltirish mumkin. Bu reaksiyalarda albatta tashqi tushuvchi gamma nurlanish ta’sirida p, n va alfa zarra hosil bo’lishidir. Fotoyadroviy reaksiya birinchi bo’lib 1934-yilda Chedvik va Goldxaberlar tomonidan kuzatilgan , ular gamma zarralar yordamida deytronning parchalanishini kuzatishadi. Unga ko’ra 4 neytron va proton ajralib chiqadi.Umumiy holatda fotoyadroviy reaksiyalar shundan iboratdir.Chedvik va Goldxaber buni radioaktiv Tellurning parchalanishidan hosil bo’lgan γ nurlanishidan foydalangan.Undan hosil bo’layotgan gamma nurlanish energiyasi 2,62Mev ga teng ekan.Bilamizki deytronning bog’lanish energiyasi 2,22MeV . Tajribada ular fotoprotonlarning energiyasi 0.2MeV ekanligini aniqlashgan.
γ
+
1
2
H
⟹
n
+
p
{\displaystyle \gamma +{}_{1}^{2}\!H\Longrightarrow n+p}
(Aniqlashtirib ketsak yuqoridagi reaksiya tenglamasidan ko’rinib turibdiki , bitta proton va bitta neytron hosil bo’lmoqda , neytron 11,5 minutdan so’ng proton va elektronga ajraladi bu yerda shu nazarda tutilgan).Shundan so’ng ko’plab olimlar yadroni gamma nurlanish bilan tadqiq eta boshlashdi. Lekin ularda yuqori energiyali gamma nurlarni olish uchun imkon yo’q edi. Shunga qaramasdan 1937-yil Bote va Genter suniy radioktivlik bilan Li(p,γ)Be reaksiya orqali 17,6MeV energiyali gamma nurlanishni olganlar va bu orqali ko’plab yadrolar taxlil qilingan.Ya’na shunga o’xshash bir qancha sun’iy radiaktivlik orqali yuqori energiyali gamma nurlanishlar kuzatilgan.
Fotoyadroviy reaksiyalarni hosil qilish
Fotoyadroviy reaksiya haqida umumiy tushunchaga ega bo’ldik. Yadroga gamma nurlanish tushib undan zarra ajralib chiqqani uchun buni yadroviy fotoeffekt ham deyishadi. Endi ,bu reaksiyani hosil qilish jarayoniga o’tsak . Bizga avvalo yuqori energiyali gamma nurlanish kerak bo’ladi. Dastlab ko’rganimizdek sun’iy radioaktivlik orqali birmuncha yuqori energiyalar olindi ammo bu yetarli emas edi. Shuning uchun yangi gamma nurlanish manbalari kerak bo’ladi.Hozirgi kunda gamma nurlanish manbalarining bir qancha turlari mavjud quyida ularning bir qanchasini keltirib o’tamiz:
• Elektronlarning tormozlanishi natijasida tutash gamma nurlanishni olish mumkin
• Diskret holdagi γ nurlanishni issiq neytronlarni tutib olish natijasida olish mumkin
• Pozitron anniggilatsiyasidan olish mumkin
Elektronlarning tormozlanishi natijasida , bu usulda katta tezlikda harakat qilayotgan elektronlarning keskin tormozlanishi natijasida paydo bo’ladi. Bu usulda biz uzluksiz spektrli nurlanishni olishimiz mumkin bo’ladi. Elektrodinamikadan ma’lumki tezlanish bilan harakat qilayotgan zaryadlar o’zidan nurlanish chiqaradi , bu nurlanish intensivligi zaryadli zarra tezlanishining kvadratiga to’g’ri proporsionaldir.
Quyi energiyali fotoyadroviy reaksiyalar
Yuqoridagi rejalarda fotoyadroviy reaksiyalarni nima ekanligi va qanday hosil qilish mumkinligi haqida gaplashdik endi bevosita reaksiyaga o’tsak bo’ladi.Quyi energiyali yadro reaksiylarini biz γ kvant energiyasini 135 Mev energiyai holatgacha ko’rib chiqiladi. Bunga sabab bu eneriya qiymatidan boshlab nuklonlarni bog’lab turadigan π-mezonlar hosil bo’la boshlaydi. Bunda nima bo’lishi haqida keyingi rejada aytib o’tamiz. Fotoyadroviy reaksiyaning yakdil bitta mexanizmi haligacha mavjud emas. Lekin reaksiyaning qismlarini tushuntirib beradigan bir qancha reaksiyalar mavjud.Bunga masalan yuqorida ko’rib o’tgan oraliq yadro mexanizmi va bevosita ta’sir yoxud to’g’ridan-to’g’ri yadro mexanizmlarini misol keltirish mumkin.Fotoyadroviy reaksiyakalarda bularning aniq bittasi ishtirokida bo’ladi deyolmaymiz.Qaysidir reaksiyaning bir qismida u bo’lsa qaysidir qismida bunisi o’zining ta’sirini ko’rsatadi. Nazariy hisob kitoblarga ko’ra (γ,n) reaksiyada neytronlar soni (γ,p) reaksiyadagi protonlar sonidan katta bo’lishini ko’rsatdi.Bu mana nisbat bilan bilish mumkin:
Y
(
γ
,
p
)
Y
(
γ
,
n
)
≈
10
−
3
≑
10
−
4
{\displaystyle {\frac {Y(\gamma ,p)}{Y(\gamma ,n)}}\thickapprox 10^{-3}\doteqdot 10^{-4}}
Bu yerda nazariy hisoblangan natija keltirildi.Bu yerda chiquvchi protonlarning kam bo’lishiga sabab qobiqning kulon to’sig’i tufayli protonlar soni kam bo’ladi.Xuddi
β
{\displaystyle \beta }
parchalanishdagi positronalar kabi.Lekin hammasi biz o’ylagandek bo’lib chiqmadi. Amaliyotda biz biroz boshqacharoq natijalarga ega bo’ldik.Yuqoridagi ifoda quyidagicha bo’lar ekan.
Y
(
γ
,
p
)
Y
(
γ
,
n
)
≈
10
−
2
{\displaystyle {\frac {Y(\gamma ,p)}{Y(\gamma ,n)}}\thickapprox 10^{-2}}
bu yerda ko’rishimiz mumkinki protonlar soni biz kutganimizdan ancha ko’proq chiqar ekan. Avvalo yuqoridagi aytib o’tgan mexanizmlarga bir to’xtalsak. Oraliq yadro mexanizmiga ko’ra gamma nurlanishni yutgan yadro nurlanish energiyasini barcha nuklonlariga taqsimlaydi.Bunda nuklon ajralib chiqishi uchun katta energiya talab etiladi.Nuklonni ajralishi esa fluktuatiya natijasida bitta nuklonning energiyasi keskin oshib ketishi natijasida hosil bo’lishi mumkin.Buning natijasida nuklonlarning taqsimoti Maksvell taqsimotiga bo’ysunadi.Bu mexanizmda nuklonlarning yadro atrofida chiqishi izotrop bo’lishi kerak edi.Lekin tajriba natijalari biroz boshqacha , izotroplik faqat kichik energiyalarda burchak bo’yicha mos keladi.Katta energiyalarda vaziyat boshqacha. Umuman burchak taqsimotidan boshqa hech bir narsa izotrop emas edi. Bunday ekanligi yuqoridagi mexanizm xatolikka olib keladi.Qaysidir ma’noda u ba’zi bir qismlarni tushuntirish mumkin ammo barcha qismni tushuntira olmaydi.Avvalo protonlar nisbatan ko’p chiqishini tushuntirish kerak bo’ladi. Buni ya’na bitta mexanizmni qo’shamiz bu avval aytganimizdek to’g’ridan-to’g’ri yadro mexanizmidir.U mexanizmga ko’ra endi ortiqcha protonlarni tushuntirish mumkin bo’ldi. Endi gamma nurlanishlar bilan yadro ta’sirini ko’rib o’tsak. Quyidagi rasmlarda yadroda bo’ladigan jarayonlarni tushuntirishda foydalanamiz.
Dastlabki energiyaning kichik sohalarida deyarli hech qanday nurlanishni yadro yutishi keltirilmagan bu holda yadro bilan gamma fotonlar elastik to’qnashishi mumkin. Demak keyingi holatga qarasak nurlanishlar hosil bo’lganini ko’rish mumkin. Bu yerda shuni tushunish kerakki bu grafikda yadroga tushgan gamma nurlanish yadroni uyg’otadi , yadro uyg’ongan holatdan asosiy holatga o’tishda nurlanish chiqarishi tasvirlangan. Grafikda ko’rish mumkinki bir qancha rezonans holatlar keltirilgan . Lekin eng asosiy rezonans holat gigant dipol rezonansli holatdir. Bunda yadrodagi proton va neytronlarning bir-biriga nisbatan harakati tufayli hosil bo’ladi.Bunday gigant rezonans holatlar asosan 10Mev dan boshlab kuzatila boshlanadi.Bunga bir qancha sabablar bor. 10MeVdan katta energiyali holatda yadrodagi nuklonlar bemalol yadroni tark eta oladi.Gigant rezonansdan ko’rish mumkinki bu holatda yadroning ko’ndalang kesimi ortadi ya’ni mana shu gigant rezonansli energiya oralig’iga to’g’ri kelgan energiyalarni ko’proq yutadi. Bu yutilgan energiyani yutgan nuklonlar yadrodan chiqa boshlaydi. E’tibor bersak Gigant rezonansga to’g’ri kelgan (γ,n) , (γ,2n) ,(γ,p) va (γ,abs) ni ko’rish mumkin. Bu yerda (γ,n) reaksiya bo’lish ehtimolligi bo’lish ehtimolligi katta ekanligi tushunarli.Negaki bitta neytronga na kulon to’sig’i va na boshqasi ta’sir o’tkaza oladi.Birin ketin (γ,2n) , (γ,p) joylashadi. Bu yerda (γ,p) kichik bo’lishiga sabab yadroning kulon to’sig’i va boshqalar sabab bo’ladi.(γ,abs) bu (absorbsion-yutilish) yadro yutishi. Yuqoridagi grafiklardan xulosa qilish mumkinki dastlabki dastlabki 10MeV gacha hech deyarli hech qanday effektlar yo’q. Bu degani yadroga tushgan gamma foton yadro bilan o’zaro ta’sirlashmaydi yoki elastik qaytadi buni quyidagicha tushuntirish mumkin.
λ
=
h
c
E
γ
=
2
⋅
10
−
10
E
γ
{\displaystyle \lambda ={\frac {hc}{E_{\gamma }}}={\frac {2\cdot 10^{-10}}{E_{\gamma }}}}
Bu yerda γ zarralar to’lqin uzunligini tipoish mumkin, bu yerda
E
γ
{\displaystyle E_{\gamma }}
(birligi MeV da) va λ (sm) bo’lgani uchun quyidagicha yozish mumkin. λ >>
R
y
a
d
r
o
{\displaystyle R_{yadro}}
bo’lib qoladi va bu holatda yadro bilan ta’sir deyarli bo’lmaydi. Ya’na bir qiziq holat yadrodagi gigant dipol rezonansida ham aslida yadro bilan deyarli ta’sirlashdagan o’lchamda emas lekin yadro tebranish chastotasi γ zarralar chastotasiga teng bo’lgani uchun yadro nurlanishni yutishni boshlaydi.
Yuqori energiyali fotoyadroviy reaksiyalar
Yuqori energiyali fotoyadroviy reaksiyalar gamma zarra energiyasi 135MeVdan katta bo’ladi. Bu sohada yutish kesimi juda ahamiyatli hisoblanadi.Biz quyi energiyali sohada yutish kesimini deyarli neytronlarning kesimidan iborat edi. Lekin yuqori energiyali sohada Eγ>200MeV bo’lgan sohalarda endi proton va π-mezon kabi zaryadli zarralar o’zini ko’rsata boshlaydi.Quyida rasm orqali jarayonlarni tushunish osonroq kechadi.
Bunda ko’rish mumkinki yuqori rasmda umumiy reaksiya kesimi keltirilgan.Bu chizmada 4 ta guruhga bo’lingan holda ko’rsatib o’tilgan.Demak
I. Bu sohada γ kvant energiyasi yadrodan nuklon ajratishga yetmaydi . Bunda bo’lishi mumkin bo’lgan hol yadroning uyg’ongan holatga o’tish jarayonidir. Bunday yadro keyin albatta yana foton chiqarib asosiy holatga qaytadi.Buni yadroviy floresensiya ham deyish mumkin.
II. Bu soha yuqorida to’xtalib o’tgan gigant dipol rezonans holatlariga mos keladi. Bu holatda biz katta yutish kesimini ko’rishimiz mumkin.
III.Bu soha boshi GDR ning maksimal qiymatidan ozgina o’tib boshlanadi to mezonlar paydo bo’lish chegarasigacha ya’ni 135MeVgacha. Endi yadrogatushayotgan γ kvantlar to’lqin uzunligi yadro radiusidan kichiklashadi va bu yadrodagi alohida nuklonlar bilan o’zaro ta’sir mavjud bo’ladi deganidir. Bunda bir qancha kvazi-deytron, kvazi-alfa zarrachalar kabi kvazi zarralar paydo bo’lishi bilan kechadi.Va oxirida bir nechta neytron chiqishi bilan yakunlanadi.
IV. Mezon hosil bo’lish chegarasidan boshlanadigan bu sohada Δ-rezonanslar ham hosil bo’ladi. Ularning ko’ndalang kesimi 300MeVda eng katta qiymatga chiqadi.300Mevda σ/A =0.4mb , 500MeVda esa 0.2mb gacha pasayadi.
Bu sohalarda biz maksimal 1GeVgacha bo’lgan holatni ko’rib chiqdik. O’ta yuqori energiyalarda ya’ni 2GeV-200GeVgacha holda ko’ndalang kesim kuchsiz o’zgarishi kuzatilgan.Bunda kesim 0.12mb dan 0.07 gacha pasayishi kuzatilgan.Qisqa qilib aytganda bunday yuqori energiyali sohada avval ko’rib o’tgan kompound orali yadro mexanizmi deyarli ishlamaydi. Bu yerda ta’sir yadroga emas endi to’g’ridan-to’g’ri nuklonlarga ta’sir o’tkazadi va ularni yadrodan bevosita ta’sir natijasida ajratadi.
Foydalanilgan adabiyotlar
Internet saytlari:
1. www.iaea.org
2. www.govinfo.org
3. www.annualreviews.org
4. www.wikipedia.org
5. www.nuclphys.sinp.msu.ru
Adabiyotlar va darsliklar:
1. К.Н. Мухин Экспериментальная ядерная физика 1992
2. Arthur I. Berman Photonuclear reaction 1953
3. Toshiyuki Shizuma Photonuclear reaction data measurements and interpretatio
uz.wikipedia.org