6. Ядерные реакции с нейтронами. Поглощение и рассеяние нейтронов в веществе

Ряд работ группы Курчатова по нейтронной физике, выполненных на протяжении 1934-1936 гг., был посвящен исследованию характера ядерных реакций, происходящих при облучении легких элементов нейтронами. В качестве основной аппаратуры применялась камера Вильсона (одна находилась в ГРИ, вторая - в УФТИ, третья - в Ленинградском пединституте им. М. Н. Покровского, где ее изготовлением руководил непосредственно Курчатов). В работе [126] было найдено, что при облучении лития медленными нейтронами наблюдаются треки двух тяжелых частиц, разлетавшихся под углом в 180°; были измерены также пробеги этих частиц. Авторы пришли к выводу: высказанное в прежних работах предположение о том, что происходит реакция ⁶Li+n → ⁴He+ ³H, с большой степенью вероятности правильно.

Известно, что бор отличается большим сечением поглощения нейтронов. С целью выяснения типа взаимодействия было предпринято исследование реакции B+ n. Ранее предполагалось, что имеет место реакция ¹⁰B+n ⁴Не+⁴He+³H. Курчатов с сотрудниками показали [127], что реакция происходит с вылетом только двух частиц, и высказали предположение, что реакция такова: 10В (n, α) ⁷Li. В дальнейшем многие лаборатории занимались выяснением механизма реакции В+n. Группа Курчатова вернулась к этому вопросу в 1938 г. [128]. Наличие двух отличающихся по пробегам групп α-частиц было предложено трактовать следующим образом: в части случаев ядро-продукт ⁷Li образуется в возбужденном состоянии, причем энергия возбуждения равна 420 кэВ.^*

^* (В настоящее время известно, что эти соображения о реакции B+n правильны. Энергия первого возбужденного уровня ядра ⁷Li, согласно более точным измерениям, равна 478 кэВ.)

В работе [129] была поставлена весьма существенная для ядерной физики задача - исследовать взаимодействие между нейтроном и протоном и оценить сечение захвата медленного нейтрона протоном с образованием дейтона. В статье отмечалось, что имеющиеся экспериментальные и теоретические данные о величине этого сечения резко расходятся (0.1-0.01 б и 10^-3 б соответственно). Оценка величины того же сечения, выполненная на основании данных об "обратной реакции" ²Н (γ, n)¹H, также приводила к результату σ~10^-3 б. В работе группы Курчатова определение сечения реакции ¹Н(n, γ)²Н было выполнено путем измерения интенсивности γ-лучей, возникающих в реакции. Для этого был изготовлен газоразрядный γ-счетчик с толстыми свинцовыми стенками. В работе отмечено, что полученное среднее значение σ~ 0.25 б (оно относится к нейтронам, энергия которых в образце различна) следует рассматривать как первое приближение, так как погрешности измерения велики. Заметим, однако, что оно мало отличается от принятого в настоящее время значения σ=(322±2)·10^-3 б (для тепловых нейтронов). Полученный в работе [129] результат показал, что теория дейтона, предложенная Бете и Пайерлсом, нуждается в коренном пересмотре. Эта работа стимулировала ряд экспериментальных исследований взаимодействия n-р при разных энергиях, результатом которых было открытие зависимости ядерных сил от взаимного направления спинов нейтрона и протона (Ю. Вигнер, 1935-1936).

В 1935 г. в печати начали появляться работы группы Курчатова по поглощению и рассеянию нейтронов в веществе. Вскоре выяснилось, что при этом наблюдается ряд аномалий, необъяснимых с позиций принятой тогда "одночастичной модели" взаимодействия нейтронов с ядрами. В частности, не выполнялся так называемый закон 1/υ, согласно которому при очень малых скоростях υ нейтронов сечение захвата нейтрона ядром должно изменяться обратно пропорционально величине υ. Далее, было установлено, что измеренный коэффициент поглощения медленных нейтронов ядрами различных элементов зависит от того, какой элемент используется в качестве радиоактивного индикатора. Наибольшая величина этого коэффициента для данного элемента получалась в том случае, когда об интенсивности прошедшего через поглотитель потока нейтронов судят по искусственной радиоактивности, наведенной в индикаторе, сделанном из того же элемента.

Лев Андреевич Арцимович. 1940 (?) г.

Работа [130] была одной из первых, в которых было обнаружено это явление (статья отправлена в печать в мае 1935 г.). В ней впервые было отмечено: одно из предположений, которые можно выдвинуть для объяснения полученных результатов, состоит в том, что имеет место избирательная чувствительность индикатора к различным по энергии нейтронам; "поглощение медленных нейтронов имеет резонансный характер, т. е. σ (Е) имеет резко выраженный максимум в определенном интервале энергий" [130, с. 666]. Эта же гипотеза обсуждалась и в других статьях группы Курчатова, опубликованных в том же году [131, 132].

Естественно, что возможность различных истолкований полученных результатов вызвала в лаборатории Курчатова многочисленные и подчас бурные дискуссии. А. И. Алиханов, вспоминая те времена, писал: "[драматическая ситуация] возникла в связи с обнаружением резонансного поглощения нейтронов... В этой работе участвовал и Л. А. Арцимович. Он взял на себя роль "адвоката дьявола". Он упорно настаивал, что их опыты еще не доказывают с полной уверенностью существования резонансного поглощения нейтронов... Обычно спор кончался на том, что "противники" (Арцимович и Курчатов,- А. Г. и В. Ф.) приходили к соглашению: провести еще один, решающий эксперимент. И так было несколько раз, пока наконец не появилась статья Э. Ферми и его сотрудников, в которой сообщалось о существовании резонансного поглощения нейтронов" [133, с. 33]. Речь идет о двух заметках Амальди и Ферми, опубликованных в ноябре и декабре 1935 г. В первой из них [134], а также независимо в работе Л. Сциларда [135] было показано, что селективное поглощение медленных нейтронов проявляется значительно более резко, если они предварительно проходят через достаточно толстый слой кадмия. Делался вывод о существовании относительно узких полос поглощения нейтронов, характерных для разных элементов. Было введено вскоре получившее широкое распространение буквенное обозначение групп. Например, группа С обозначала нейтроны, сильно поглощаемые кадмием.^* Во второй заметке [137] было дано четкое определение понятия "группа нейтронов" и приведены результаты исследования поглощения различных групп (однако и здесь еще не говорится об энергетической природе групп). В следующем году появился подробный обзор Амальди и Ферми "О поглощении и диффузии медленных нейтронов" [138].

^* (Любопытно, что одной из причин введения таких "нейтральных" обозначений было нежелание Ферми делать какие-либо указания на то, что разные группы нейтронов отличаются по энергии. На первых порах он считал, что такое предположение еще не доказано [136, с. 44].)

К этому времени физикой нейтронов занимались уже многие прославленные лаборатории в Западной Европе и США. Появились мощные источники нейтронов, в которых использовались пучки дейтонов, ускоренные в высоковольтном ускорителе или в циклотроне. В распоряжении группы Курчатова не было подобной технической базы; в этих условиях ей трудно было соревноваться с другими группами. Тем не менее, как мы видели, работы, проводившиеся в этой лаборатории, отличались актуальностью, разносторонним подходом к исследуемым проблемам и были на уровне лучших работ того времени. После того, как при помощи явления селективного поглощения нейтронов был объяснен ряд загадок, и особенно после появления в начале 1936 г. фундаментальной работы Н. Бора [139], в которой он предложил новую модель ядерных реакций и убедительно объяснил физическую природу селективного поглощения нейтронов, было опубликовано множество работ, поставленных с целью доказательства и уточнения новых теоретических представлений. В это же время количественная теория резонансного поглощения нейтронов была разработана Брейтом и Вигнером [140]. В такие исследования внесли свой вклад и Курчатов с Русиновым и Щепкиным, причем эти работы проводились в основном в УФТИ, в лаборатории А. И. Лейпунского (1936-1937 гг). Укажем здесь на работу [141], посвященную поглощению С-нейтронов в серебре, кадмии и боре при различных температурах. Эта работа была доложена на 2-й Всесоюзной конференции по атомному ядру (Москва, 20-26 сент. 1937 г.). Одной из особенностей этого исследования был охват очень широкого диапазона температур (20.4÷463 К). Проведение такой работы оказалось возможным благодаря тому, что в криогенной лаборатории УФТИ, руководимой Л. В. Шубниковым, действовала первая в нашей стране и пущенная в ход в 1931 г. установка для получения жидкого водорода.

Резюме 1xbet регистрация нового пользователя вход в кабинет 1xbet-registration.club.