CC BY
12
УДК 530.145; 539.27
О МЕХАНИЗМЕ РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ НЕЙТРОНОВ НА ПРОТОНАХ
К. В. Владимирский
Присутствие легких ядер в свинцовом кубе нейтронного спектрометра по времени замедления искажает энергетический спектр нейтронов. В связи с результатами экспериментальных исследований этих эффектов обсуждается механизм рассеяния нейтронов на протонах в области энергий, близких к порогу радиационного разрушения вещества. Анализ экспериментальных данных в сопоставлении с теорией указывает на возникновение возбужденных состояний молекул при облучении медленными нейтронами.
В работах [1, 2] исследуется влияние водородосодержащих примесей на результаты измерений сечений радиационного захвата нейтронов ядрами марганца и кобальта. Измерения выполнялись на спектрометре по времени замедления Института ядерных исследований РАН [3 - 5]. Изучаемые эффекты возникают как следствие изменений энергетического спектра нейтронов за счет рассеяний на протонах примеси. Основные результаты получены путем сопоставления наблюдаемого выхода реакции, счета гамма-квантов, с теоретическими оценками влияния рассеяния на протонах. В решении задачи рассеяния протоны рассматривались как свободные, возможное влияние химических связей не учитывалось. Общий результат исследования - значительное, вне пределов возможных ошибок измерений, превышение обнаруженных эксперимен тально изменений выхода реакции над вычисленным в области энергий от 1 до 150 эВ.
Теория рассеяния нейтронов на свободных протонах для указанной области энергий не содержит неясностей со времен работы [6]. Решается задача двух тел в системе
центра масс, короткодействующий потенциал взаимодействия характеризуется логарифмической производной волновой функции вблизи рассеивающего центра. Результат таких вычислений известен. В широкой области энергий сечение рассеяния нейтронов не зависит ни от энергии, ни от угла рассеяния. Все это несовместимо с экспериментальными данными работ [1, 2]. Возможные уточнения в рамках модели свободных протонов ничего здесь не изменяют.
Экспериментальные результаты работы [1] относятся к области энергий 1 13 эВ. В качестве возможного источника расхождений с результатами вычислений в работе указываются изменения механизма рассеяния нейтронов на протонах, вносимые хими ческими связями, взаимодействием атомов водорода с их окружением. Цитируются ис следования Э. Ферми [7], где рассматриваются процессы рассеяния, сопровождающиеся изменением состояния колебательных степеней свободы молекул. Результаты работы [7] дают правильный порядок величины изменения сечений, но энергии колебательных термов (десятые эВ) не укладываются в указанный выше диапазон энергий нейтронов.
В работе [2] обнаружены расхождения с предсказаниями модели свободных прото нов в области еще больших энергий, порядка десятков эВ. Ссылка на работу Ферми отсутствует и заменена гипотезами, не вызывающими доверия. В то же время экспериментальные данные представляют, несомненно, большой интерес, поскольку они сопоставимы с результатами недавних теоретических исследований, в которых процесс рассеяния рассматривается как задача трех или, вообще, многих тел [8 - 10]. По суще ству, уже работа [7] представляет переход к такой постановке задачи. Но возможности последовательного анализа задачи многих тел охватывают и такие процессы, как рассе яние с изменением электронного состояния молекул, что в рассматриваемом здесь круге вопросов имеет решающее значение. Между энергиями первых колебательных уровне!: и энергиями, при которых можно вообще пренебречь межатомными взаимодействиями, простирается обширная область сложных, труднодоступных для теории процессов. Масштаб энергий здесь задается атомной единицей, удвоенной энергией ионизации гипотетического изотопа водорода с бесконечной массой, что составляет 27 эВ. Это уже вполне сопоставимо с максимумами рассеяния, представленными на рис. 1 в статье [2]. Учитывая чрезвычайную сложность соответствующих задач теории и, с другой стороны, неопределенность в структурах использованных в работах [1, 2] объектов, здесь имеет смысл говорить не об "объяснении" конкретных экспериментальных данных, а о выборе правильной модели явлений. Сопоставление экспериментальных данных, опубликованных в работе [2], с результатами продвинутой теории рассеяния подтверждает
высказанное в работе [1] предположение относительно основной роли химических связей атомов водорода в рассматриваемом круге вопросов.
Приведенные соображения позволяют считать, что форма зависимости рассеяния от энергии, обнаруженная в работе [2], свидетельствует о возникновении возбужденных состояний молекул как явления, сопутствующего рассеянию медленных нейтронов. При энергиях, соответствующих полному разрушению молекул, вряд ли можно ожидать появления выраженных максимумов рассеяния. Большое значение исследований рассеяния нейтронов в области энергий, близких к порогу разрушения, уже подчеркивало! :ь в работе [1]. Это не только очень нетривиальная физика, но и биология, и медицина. Тем более необходимо привлечение в этой области результатов современной теории. Ценность возможных сопоставлений здесь трудно переоценить.
Автор благодарен К. А. Тер-Мартиросяну за весьма полезное обсуждение.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Бергман A.A., Владимирский К. В., Самсонов А. Е. Краткие сообщения по физике ФИАН, N 11-12, 29 (1995).
[2] Бергман А. А., Самсонов А. Е. Краткие сообщения по физике ФИАН. N 1, 3 (1998).
[3] Шапиро Ф. Л. Труды ФИАН, 24, 3 (1964). Исаков А. И. ibid., 68. Попов Ю. П. ibid., 111. Бергман A. A. ibid., 169.
[4] Бергман А. А., Маликжонов А. Краткие сообщения по физике ФИАН. N 4, 71 (1972).
[5] Б е р г м а н А. А., Стависский Ю. А., Челноков В. Б. и др. Ядерные константы, Атомиздат, 7, 50 ( 1971).
[6] В е t h е H.A., Р е i е г 1 s R. Ргос. Roy Soc., А 148, 146 (1935).
[7] Fermi Е. Rie. Scientifica, 7(2), 13 (1936). Ферми Э. Научные труды, т.1. М., Наука, 1971, с. 741.
[8] Базь А. И., Зельдович Я. Б., Переломов A.M. Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике, изд. 2, М., Наука, 1971.
[9] Скорняков Г. В., Тер-Мартиросян К. А. ЖЭТФ, 31,775 (1956). [10] Фаддеев Л. Д. ЖЭТФ, 39, 1459 (1960).
Поступила в редакцию 20 июля 1998 г.
Давид Абрамович Киржниц (1926 - 1998)
4 мая 1998 года скончался выдающийся физик-теоретик, член-корреспондент Рос сийской академии наук, главный научный сотрудник Отделения теоретической физики Давид Абрамович Киржниц. Его работы оказали существенное влияние на развитие многих разделов теоретической физики, а в ряде случаев определили это развитие.
Он принимал активное участие в исследовании важных проблем физики конденсированного состояния, физики атомных систем, квантовой теории поля, космологии, астрофизики, теории фазовых переходов, теории сверхпроводимости, ядерной физики, физики экстремальных состояний вещества (когда параметры вещества - давление, температура или плотность имеют крайне большие значения). Полученные им результаты вошли в учебные руководства по самым разным разделам физики.
Уважение, которое питали к нему те, кто с ним был знаком, объясняется не только значением полученных им результатов. Он обладал глубокими и разносторонними зна ниями и никогда не отказывал в совете тем, кто в этом нуждался. Нередко обсуждения
с его участием позволяли взглянуть на физическую проблему с совершенно новой и пло дотворной точки зрения. Это обстоятельство высоко ценили многие физики, в том числе и такие выдающиеся, как Игорь Евгеньевич Тамм и Андрей Дмитриевич Сахаров. Ко гда А. Д. Сахаров был сослан в Горький, он в письмах неоднократно просил прислать к нему Д. А. Киржница для того, чтобы, как он писал, "... обсудить при личном общенш: животрепещущие научные вопросы, не отрываться от научной жизни Теоротдела..
Д. А. Киржниц любил и знал физику - не отдельные ее разделы, а физику как нечто большее, чем совокупность отдельных разделов. Он был прекрасным рассказчиком. Его рассказы о новостях и достижениях в физике всегда были глубоки и увлекательны, а лицо его, когда он говорил об этом, освещалось счастливой улыбкой.
Д. А. Киржниц в совершенстве владел обширным математическим арсеналом reo ретической физики, но считал, что математический аппарат играет подчиненную роль, а главное в научном исслледовании - это физическая идея. Известно шутливое деление теоретиков на два класса: одни рассматривают то, что могут, и делают это на высоком математическом уровне - как надо. Другие же рассматривают, что надо и как могут. Д. А. Киржниц не принадлежал ни к одной из этих двух категорий. Он рассматривал что надо и как надо.
Д. А. Киржниц создал научную школу, к которой принадлежат многие физики, по лучившие уже мировую известность. Он был строгим и требовательным учителем. Много требовал от своих учеников, но и много им давал. Его лекции на физическом факультете МГУ были глубоки по содержанию и увлекательны по форме. Студенты не пропускали эти лекции, среди слушателей было немало студентов других кафедр. < также и преподавателей.
В последние годы Д. А. Киржниц тяжело болел, но не прекращал научной и и гда гот ической работы. В частоности, для студентов Отделения ядерной физики МГУ он прочел курс лекций, посвященный явлениям на стыке ядерной физики и физики твердо го тела. В лекциях рассматривался материал, относящийся к точкам соприкосновения ядерной физики низких и высоких энергий с макроскопической физикой, в первую оче редь, с физикой конденсированного состояния вещества. Значительная часть курса была основана на результатах, полученных самим Д. А. Киржницом. Этот курс вышел из печати в издательстве МГУ.
Для тех, кто был с ним знаком, Д. А. Киржниц был не только выдающимся физиком, но и привлекательным человеком, в поведении которого соединялись высокая культура, порядочность и редкие душевные качества. Таким он и останется в нашей памяти.
