1tom - 0341.htm
405
Относит, роль 3 оси, процессов поглощения у-кнап-та в формировании коэф. ]Л, зависит от Z и энергии у-кванта А о> (рис. 7). Наряду с оси. процессами, имеется ряд механизмов выбывания у-кваитоц из потока: томсиновское упругое рассеяние па бесструктурном ядре, дельбрюковское упругое рассеяние па кулоловом поле ядра, комнтоновское рассеяние на нуклонах ядра и поглощение в ядерных реакциях типа (у, п), (У' Р)' (7' а)- Последние наиб, существенны, особенно в области диполыюго гигантского резонанса (/Гш~ ^10≈20 МэВ). Для у-квянтов, инергик к-рых лежат в области этого резонанса, фотоядерпый процесс может дать вклад порядка нсск. % (10≈5%) u |i (см. Фото-ядерные реакции].
Лит.; Бгга и гамма-спентрог.копия, пер. с англ., М., 1959; Де В с н е д е т т и С., Ядерные взаимодействия, пер. с англ., М., 1968; Абрамов А. И., Казанский Ю. А., МатусевичЕ. С., Основы экспериментальных методов ядерной физики, М., 1У70; Горбачев В. М,, Замят-нин Ю, Г.., Лбов А. А., Взаимодействие излучений с ядрами тяжелых элементов и деление ядер. Справочник, М., I97(i; Г у с г в Н. Г., Дмитриев П. П., Квантовое излучение радиоактивных нуклидов. Справочник, М-, 1Й77; и х ж е, Радиоактивные цепочки. Справочник, М., 1978; Атлас спектров гамма-излучения от неупругого рассеяния быстрых нейтронов реактора. М., 1978. Д. П. Гречухин. ГАММА-КВАНТ (у) ≈ фотон большой энергии (условно выше 100 кэВ), Г--к. возникают, напр., при квантовых переходах в атомных ядрах, при нск-рых превращениях элементарных частиц (в частности, при аннигиляции илектрон-позитроитгой пары в фотоны), тормозном и синхротроыном излучении электронов высокой анергии.
ГАММА-ЛАЗЕР ≈ источник когерентного эл.-магн. излучения у-диапазона. Часто также используются сокращения «гравер» или «газер», являющиеся аббревиатурой англ, фразы «Gamma Ray Amplification by Stimulated Emission of Radiation» («усиление у-из-лучения с помощью вынужденного излучения»). Пока генерация вынужденного излучения в у-диапазоне не осуществлена. Получение генерации в рентг. и у-диапаэонах открыло бы новые перспективы в рентгеновском структурном анализе, ядерной физике (воздействие на течение ядерных реакций) и др.
Идея Г.-л. возникла в связи с появлением оитич. лйзера и открытием М╦ссбауэра эффекта. Открытие безотдачного излучения у-квантов поставило вопрос о реализации вынужденного излучения системы возбужд╦нных ядер. Впервые на эту возможность указал Л. А. Ривлин в 1961. В 1901≈65 одновременно и независимо несколько сов. и амер. групп физиков занимались разработкой схем Г.-л. на эффекте М╦сс-бауора. Для создания активной среды предполагалось использовать радиохим. методы выделения долгожи-вущих ядерных изомеров с последующим введением их б кристалл (кристаллич. матрицу) или выращиванием из этих ядер активцых кристаллов.
Для возникновения нарастающей лавины когерентных у-квантов необходимо, во-первых, чтобы в среде было больше возбужд╦нных ядер, чем певозбужд╦н-ных, и, во-вторых, чтобы вероятность вынужденного излучения была выше вероятности поглощения или рассеяния у-квантов ядрами среды. Т. о., возникшее в среде у-излучение (в результате спонтанного распада отд. ядер) будет усиливаться, если концентрация возбужд╦нных ядер превышает пек-рое пороговое значение N*, определяющееся из условия равенства коэф. и. резонансного вынужденного излучения (коэф. квантового усиления) и коэф, б нерезонансных потерь энергии:
т. ≈ время жизни ядра в изомерном состоянии, ее ≈ коэф. конверсии внутренней, fl ≈ т. н. коэф. ветвления, учитывающий возможность перехода ядра на др. уровни, лежащие выше нижнего рабочего, если генерация ид╦т с более высоких уровней, чем первый возбужд╦нный (Р~1, если генерация ид╦т с первого возбужд╦нного уровня ядра). Нерезонансныо потери в области энергий у-квантов, при к-рых вероятность эффекта М╦ссбауэра велика, определяются в осн. фотоэффектом, т. е. процессом, при к-ром атом поглощает у-квапт и испускает электрон. Для л╦гких
матриц 6 ≈ 10 см"1. Полагая в (2) X≈ 1А, cc^p^l, получим для JV* след, выражение:
л/^ (V-vi≈31,_ 1 Ч -Щ1* Гт /41 jv п^м ; ≈ 1,0- iv I i. (of
Т. о., при естоств. ширине линии Гт≈ 1 критич. плотность возбужд╦нных изомерных ядер составляет иезначит. часть плотности атомов в тв╦рдом теле {~1023 атом/см*). Из (3) видно, что немеЧхбауэровский вариант у-яазера практически невозможен. Действительно, для ядер со ср. ат. номерами Z доплеров-ское уширение линии Гд^К)13 с~]. Следовательно, согласно (3), пороговая плотность изомерных ядер выходит за пределы плотности тв╦рдого тола уже при
С ростом энергии у-кнантов вероятность безотдач-ного излучения резко падает. Вероятность эффекта М╦ссбауэра близка к 1 только при значениях энергии перехода л<о«150 кэВ. Ото ограничивает верх, значение величины энергии у-квантов, достижимое в у-лазере на ядерных переходах. Ниж, значение энергии радиац. переходов ядер, пригодных для генерации у-излучсния, определяется быстрым ростом сечения фотоэффекта с уменьшением упергии у~квантон. Поэтому область пригодных энергии радиац. переходов ядер определяется неравенствами; 10 кэВ <йш<1 <150 кэВ.
Предложенные модели у-лазера на ядерных переходах можно разделить на две группы: Г.-л. на ко-роткожинущих (т^10~в с) и долгожииущих (t 3> "» с) изомерах. Граничное значение т≥10~6 с обусловлено тем, что при т^10~5 с ширина м╦ссбауэровской линии у-персхода близка к
а ш
СО
Г, Гц
10'
естеств. ширине, когда Гт.^1. При т>10~5 с ширина линии не зависит от времени жизни и равна приблизительно 10Б Гц, следовательно, ГтЭ>1 (рис. 1). Последнее обстоя-
Рис. 1, Зависимость ширины Г линии м╦ссба-уэроискоги излучения or upeivKiim жизни иномера т; пунктирная кривая соответствует естественной ширине линии, сплошная линия ≈ результат экспериментов.
Ю
|Л ≈ б.
Коэф. усиления ц определяется ф-лой: '
__
14 l-t-ct
(1)
(2)
К ≈ длина волны у-излучения, Г ≈ спектральная ширина резонансного перехода ядра в кристалле,
тельство и определило осн. трудности первых моделей у-лазера на дплгоживущих изомерах,
Неизбежный нарушения правильности (идеальности) кристаллич. реш╦тки, хим. и квадрупольпые сдвиги приводят к уши рению линий у-резоианса. Кроме того, причиной у шире im я линии, неустранимой даже в идеальных кристаллах, является маги, дииоль-дипольное взаимодействие ядер, т. к, спины возбужд╦нных и невозбужд╦нных ядер различны, а координаты ядер, высветившихся в процессе генерации, случайны.
Значит, прогресс в разработке схем Г.-л. на дол-гоживущих изомерах был достигнут благодаря работам Р. Б. Хохлова с сотрудниками, к-рые предложили применить методы ЯМР-спектроскопии (см. Ядерный магнитный резонанс) тв╦рдых тел для сужения линии у-резонанса. Использование специально подобранных последовательностей радиочастотных импульсов с частотой, соответствующей переходам между магн. под-уровнями рабочих уровней ядер, позволяет подавить
")
}
