Ядерные реакции при взаимодействии гамма-излучения

Под действием на элементы -квантов идут реакции ( ,n), ( ,p) и ( , ), которые называют ядерным фотоэффектом [22]. Необходимым ус­ловием для осуществления одной из таких реакций является превы­шение энергии - ,квантов над энергией отделения соответствующей частицы - нейтрона, протона или альфа-частицы, т.е.

. (1.1.3.1)

Например, полное число фотонейтронов зависит от активности источника i, сечения фотоядерной реакции расстояния от источ­ника r, полного коэффициента ослабления -излучения и содержания химического элемента С, вступающего в реакцию. Для монохро­матического источника гамма-квантов число нейтронов b, образую­щихся в секунду в единице объема вещества на расстоянии r, можно рассчитать по формуле

(1.1.3.2)

где n₀ = (pN_A)/A - число ядер в единице объема химически чистого вещества; N_A - число Авогадро; А - атомная масса вещества; р -плотность вещества.

Взаимодействие -квантов с ядрами обычно происходит при по­мощи боровского механизма образования промежуточного ядра с последующим вылетом частиц-продуктов. При этом испускаемые частицы имеют максвелловское распределение по энергии. Из-за кулоновского барьера выход реакции ( ,p) в 10³ - 10⁴ раз меньше вы­хода реакции ( ,n).

Сечение фотоядерных реакций ( ,n) и ( ,p) в области энергий -, квантов 15-25 МэВ имеет широкий резонансный максимум. Резо­нансная энергия меняется по закону

.

Необходимо отметить, что протоны и альфа-частицы, обладая большой массой и зарядом, имеют низкую проникающую способ­ность и практически не покидают объем вещества.

Каждый химический элемент характеризуется определенным по­рогом ( ,n)- реакции и ее эффективным сечением . Сечение фо­тоядерного эффекта можно определять по формуле

(1.1.3.3)

где - сечение для -излучения с энергией ; - коэффициент, изменяющийся в пределах от 1,5 до 3 и зависящий от обменных свойств ядерных сил. В табл. 1.1.3.1 приведены пороги ( ,n)-реакций для изотопов некоторых химических элементов.

В табл. 1.1.3.2 приведены максимальные значения сечений фотоядер­ной реакции для ряда химических элементов.