Почему ядерная реакция 3He(n,p)3H идет, а 3He(n,gamma)4He сильно подавляется?

Реакция захвата нейтронов 3He (n, p) 3H очень полезна для обнаружения нейтронов, поскольку значение Q ~ 700 кэВ преобразуется в кинетическую энергию в образующихся p и 3H. Эти заряженные продукты затем могут ионизовать газ, смешанный с 3Не, в газовой камере, а затем обнаруживаться. Поперечное сечение этой реакции составляет ~ килобарн для тепловых нейтронов (~ 2000 м / с).

Мой вопрос: почему реакция 3He(n,gamma)4He происходит не очень часто? Значение Q для этого составляет ~ 20 МэВ! Это связано с тем, что ядро ​​4He очень сильно связано. Быстрый поиск литературы по этому вопросу дает поперечное сечение ~ микроамбары.

Я что-то пропустил? Есть ли какое-то правило выбора, о котором я не знаю?

Я нашел в Krane - Introductory Nuclear Physics в разделе о захвате нейтронов следующее: "...гамма-излучение [после захвата нейтрона] является наиболее вероятным процессом распада. (Выброс заряженных частиц подавляется кулоновским барьером и маловероятен происходить в любых ядрах, кроме самых легких.)» Я не совсем понимаю, как это интерпретировать.
Кулоновский барьер — это термин, используемый в гамовской модели распада заряженных частиц. Например, см. рисунок 14.9 здесь.

Ответы (1)

Это связано с тем, что возбужденное состояние с наименьшей энергией в 4 Он находится при 20,2 МэВ и имеет спиновую четность 0 + . (Я думаю, что эта ссылка выбирает 4 Он из таблицы изотопов; нажмите «список уровней» или «схема уровней».) A 0 + → 0 + переход не может излучать фотон, потому что фотон должен унести одну единицу углового момента. Это состояние достаточно широкое, чтобы перекрываться с энергией несвязанного 3 Он и нейтрон в покое.

Вы получите такой же эффект в 6 Ли (п, α ) 3 Х. (Хотя сегодня вечером я не могу найти сопутствующее возбуждение в 7 Li, grrr.) По этой причине обогащенный литий также используется для легирования сцинтилляторов для обнаружения нейтронов или для защиты от нейтронов, где важно иметь низкий гамма-фон.

Все более тяжелые ядра имеют внутренние переходы и испускают фотоны с энергией 1–10 МэВ после захвата нейтрона. Обычно фотоны исходят из каскада внутренних переходов и не имеют ничего похожего на линейчатый спектр.

The 3 Ядро имеет довольно большой магнитный момент и может уловить ядерный спин от электронно-поляризованного пара щелочи, например рубидия или калия с оптической накачкой. Поскольку 3 Захват He+n проходит через 0 + государство, поляризованное 3 Он предпочтет поглотить одно состояние спина нейтрона. Это распространенный метод поляризации пучков тепловых или холодных нейтронов.

Это отличное объяснение. Спасибо! Я нашел уровни 7Li на стр.4 tunl.duke.edu/nucldata/fas/07_1966.pdf . Разница масс между 6Li + n и 7Li дает энергию возбуждения 7,2 МэВ. Какое из этих состояний является преимущественно возбужденным? 1-й возбужденный при 0,5 МэВ допускает гамма-излучение. Есть один на 4,6 МэВ, который дает альфа и тритон, а другой на 7,5 МэВ, который дает дополнительный канал эмиссии n.
Я объяснял кому-то, что большое синглетное и близкое к нулю триплетное сечение захвата n+3He обусловлено принципом запрета Паули. Является ли это правильной «более глубокой» интерпретацией того, почему основное и первые два возбужденных состояния имеют J = 0? Кроме того, я смотрю на таблицу и спрашиваю, почему для более высоких уровней энергии, где J = 1, излучение фотонов ВОЗМОЖНО, но не происходит.
Хорошая находка. Реакции 6Li(n,X) обозначены номерами 4–8 в списке на страницах 4–6. (n,n) — это реакция рассеяния нейтронов в эВ и быстрее. (п, γ ) имеет поперечное сечение 45 мб по сравнению с 1 кб для (n, α ). Если вы посмотрите на энергии состояний и их ширину, должно быть довольно ясно, что только состояние 7,5 МэВ очень сильно перекрывается с состоянием 6Li и свободным нейтроном в состоянии покоя.
Может быть какой-то изоспиновый аргумент против любого низколежащего 1 − государства в 3 Он, но я этого не знаю. Я сам использовал аргумент принципа исключения, и в этом нет ничего постыдного. Тепловые нейтроны не могут получить доступ к более высоким энергетическим состояниям, потому что у них недостаточно энергии.
Отличная дискуссия! «Может быть какой-то изоспиновый аргумент против любых низколежащих состояний 1− в 4He» (а не 3He, верно?). Я согласен с тем, что невозможно возбудить 2- или 1-состояния 4He с 3He+n тепловыми нейтронами. Но предположим, что у нас есть нейтроны с энергией ~3-5 МэВ или мы используем другие реакции, чтобы добраться до этих состояний. Почему они не излучают гамма? В таблице, которую вы разместили, показаны только ветви эмиссии n & p.
Почему ядерная реакция 3He(n,p)3H идет, а 3He(n,gamma)4He сильно подавляется?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v