Стимулирование бета-распада атомных ядер высокоэнергетическим электромагнитным излучением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.02, кандидат физико-математических наук Карелин, Константин Николаевич

• Карелин, Константин Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Карелин, Константин Николаевич

Введение

1 Эндотермический бета-распад ядер, стимулированный элек тромагнитным излучением

1.1 Амплитуда и вероятность фото-бета-распада.

1.2 Метод расчета радиальных интегралов от лептонных волновых функций.

1.3 Расчет сечения фото-бета-распада.

1.4 Оценка вклада "обходных" переходов в вероятность процесса фото-бета-распада.

2 Воздействие высокотемпературного излучения на ядерный бета-распад

2.1 Реакция фото-бета-распада, индуцированная фотонами с план-ковским спектром частот.

2.2 Синтез "обойденных" элементов в массивных звездах на основе фото-бета-распада.

2.2.1 Возможные механизмы синтеза р-ядер.

I» 2.3 Расчеты распространенностей р-ядер во Вселенной

3 Воздействие синхротронного излучения на ядерный бета-распад

3.1 Спектр синхротронного излучения.

3.2 Стимулирование распада /^"-стабильных ядер синхротронным излучением.

3.3 Ускорение естественных /^"-переходов синхротронным излучением

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Стимулирование бета-распада атомных ядер высокоэнергетическим электромагнитным излучением»

• Исследование внешних воздействий на различные физические процессы в веществе или в отдельных его структурных элементах является одной из основных задач современной физики. Актуальность таких исследований обусловлена, с одной стороны, введением в действие в ряде ведущих научных центров все более мощных источников электромагнитных излучений и ускорителей различных типов частиц, а, с другой - ценностью получаемой информации о свойствах объектов исследования и новых явлениях.

Многие достижения в этой области в физике атомов и молекул связаны с воздействием на их характеристики путем облучения лазерными полями. Здесь и многофотонная ионизация атомов, и эффекты, обусловленные изменением спектров атомов и молекул во внешнем поле, генерация высоких гармоник, многоэлектронный туннельный эффект и многое другое (смотри, например, [1, 2]).

В последнее время большие перспективы в области внешних воздействий на физические процессы открываются и в связи с появлением в научных центрах ряда стран (США, Япония, Германия и др.) новых источников мощного электромагнитного излучения — синхротронного, обладающего рядом уникальных характеристик [3]. Здесь и широкий спектральный диапазон вплоть до рентгеновской области с перспективой получения жестких фотонов с энергией до нескольких МэВ, и большая мощность, и острая коллимированность, приводящая к высокой яркости источника, и естественная поляризация. Все вышеперечисленные свойства еинхротронного излучения, наряду с хорошим теоретическим описанием его свойств, открыли путь к широкому его исполь-* зованию в физических экспериментах в атомной-молекулярной физике и физике конденсированных сред, а также и в физике атомного ядра (подробный обзор работ в этой области проведен в [4], смотри также [5]-[9]).

Проблемы стимулирования новых явлений и поиск способов влияния на естественные процессы с помощью внешних факторов актуальны и в ядерной физике. Бурный прогресс в области строительства ускорителей мезонов, нуклонов и особенно тяжелых ионов вызвал большой интерес к ядерным процессам, стимулированными столкновениями сильно взаимодействующих частиц. Здесь и рождение жестких фотонов (смотри, например, обзорные работы [10]-[12], а также [13, 14]), и эмиссия лептонов, мезонов и легких ядерных фрагментов [15]-[23], столкновительный 7-распад и конверсионная разрядка изомерных состояний в ион-ионных столкновениях [24, 25] и многое другое.

В соответствии с темой настоящего исследования остановимся более подробно на проблеме внешних воздействий на ядерный /?-распад. Как известно, на ранних этапах изучения явления /3-распада атомных ядер предпринимались попытки повлиять на скорость распада за счет внешних факторов, таких как температура среды, давление, химический состав. Однако, так как энергия воздействий такого рода не превышает нескольких электрон-вольт, а характерная величина энерговыделения при бета-распаде лежит в пределах от сотен кэВ до нескольких МэВ, то такие попытки не могли повлиять на вероятность процесса.

С появлением мощных ускорителей частиц и различного рода установок для получения сверхсильных электромагнитных полей (статических и переменных во времени) стали вновь осуществляться поиски возможностей стимулирования /3-распада стабильных ядер или воздействия на характеристики естественных /3-переходов. Этому направлению исследований были посвящены работы [26]-[42]. Так, в работах [26]-[30] исследовалась возможность стимулирования /3-распада ядер столкновительными процессами. Пусть /3-стабильное ядро облучается интенсивным потоком нуклонов или ядер. Если его /^"-распад запрещен только законом сохранения энергии, а по спиновым и изоспиновым характеристикам состояний его и дочернего ядер запрета нет, то, как было впервые показано в [26], процесс столкновения /3-стабильного ядра с нуклоном или с другим ядром может стимулировать /3-распад. При этом энергии столкновения должно быть достаточно для преодоления энергетического порога, препятствующего естественному /3-переходу. Эндотермический /3-распад такого рода был назван столкновительным.

В работах [26]-[28] бета-распад стимулировался кулоновским взаимодействием сталкивающихся частиц и расчет сечения процесса проводился как в борновском приближении, так и с точным учетом кулоновских эффектов. В [29] исследовался столкновительный бета-распад (СВР), стимулированный нейтрон-ядерными столкновениями. В этом случае появляется возможность инициировать процесс не кулоновским, а сильным взаимодействием в столк-новительной нейтрон-ядерной системе. Это позволяет расширить диапазон рассматриваемых энергий и использовать рост сечения СВР с увеличением столкновительной энергии.

Как оказалось, сечения процесса СВР стабильных ядер имеют величины, характерные для процессов с участием слабого взаимодействия. Они слишком малы, чтобы можно было осуществить прямое наблюдение явления СВР на действующих ускорителях тяжелых ионов (или нуклонов), хотя в некоторых случаях влияние фоновых полей может быть уменьшено. Так, в [27] была предложена схема эксперимента, в которой, в частности, предполагалось стимулировать столкновительный /3-переход в метастабильное состояние дочернего ядра с последующей идентификацией 7- или конверсионного перехода в основное состояние. В [30] указанный механизм СВР был использован также и для оценки возможности ускорения естественных бета-переходов высокого порядка запрета. Но даже в этом случае для наблюдения явлений пока, к сожалению, современные ускорители не могут создать нейтронные или ионные пучки необходимой интенсивности.

Воздействие сильных электромагнитных полей на характеристики ядерного /3-распада также исследовалось многими авторами (см., например, обзорную работу [31], а также работы [32]-[42]). В естественных условиях поля такого рода могут возникать вблизи астрофизических объектов — пульсаров (вращающиеся нейтронные звезды), при столкновениях тяжелых ионов, в лазерных установках.

Остановимся подробнее на данном процессе. Особенно большой интерес к изучению влияния электромагнитного поля на ядерный /3-распад был проявлен в 60-80-е годы. Объектами исследования в этих работах, главным образом, были естественные бета-распады либо нейтрона, либо трития. Из-за малости (в сравнении с ядерными энергиями) энергетического воздействия непосредственно на ядро влияние электромагнитного поля изучалось только на бета-электрон. Был сделан общий вывод: по такой схеме дифференциальная вероятность для вышеуказанных бета-распадов, в принципе, зависит от интенсивности волны, однако экспериментальная проверка предсказаний лежит пока за гранью возможного. В то же время изменение в достаточно широких пределах плотности потока энергии в интенсивной электромагнитной волне на полной вероятности бета-распада практически не отражается. В этом подходе исключением, по-видимому, могли бы быть бета-процессы, в которых существенным образом участвует электронная оболочка атома, например, электронный захват или бета-распад с попаданием электрона в связанное состояние атома [42, 43]. В этом случае сильное внешнее поле может перестроить атомную оболочку и тем самым повлиять на скорость бета-процесса. Но и здесь для наблюдения предсказываемых эффектов пришлось бы создавать довольно специфические условия проведения эксперимента.

Не всегда исследователи были едины в полученных результатах. Так, в работах [44, 45] утверждалось, что электромагнитное поле может существенно повлиять на /3-распад. В частности, согласно расчетам из [44, 45], облучение естественно бета-активного изотопа 87Rb интенсивной электромагнитной волной приводит к уменьшению его периода полураспада с 4.8 • Ю10 лет до 1.2 • 105 лет (^"-распад ядра 87Rb имеет третий порядок запрета), а в случае ^-распада четвертого порядка запрета ядра 113Cd - с 9.3 • 1015 лет до 1.3 • 103 лет. Однако вскоре после публикации этих работ появился целый ряд статей (смотри [46]-[48], а также [49, 50]), в которых была показана ошибочность работ [44, 45]. В дальнейшем и сам автор работ [44, 45] признал свою ошибку и в последующих расчетах пришел к заключению, что электромагнитное поле не оказывает заметного влияния на полную вероятность бета-распада [40].

Рассмотрим более подробно физический механизм влияния электромагнитного поля на бета-распады нейтрона и трития, следуя формализму работы [31]. В первом порядке теории возмущений, в частности, амплитуда распада нейтрона может быть представлена в виде (в системе единиц, в которой П = с = 1)

G —

V2 + + • где фп, i¡jp, Тре) (pv — волновые функции нейтрона, протона, электрона и антинейтрино соответственно, 7^ = 1,2,3,4) и 75 — дираковские матрицы в стандартном представлении [51], д — отношение аксиальной и векторной gv констант взаимодействия (д = дл/gv)- Постоянная G = е2/(8М^ sin 6\v) (е — заряд электрона) связана с массой промежуточного векторного бозона

Муу и углом Вайнберга вуу

Поскольку распад нейтрона происходит в сильном электромагнитном поле, можно попытаться как можно более точно учесть действие поля на ¡3-электрон. Очевидно, волновая функция, описывающие состояния электрона, должна удовлетворять уравнению Дирака с включением в него внешнего электромагнитного поля, которому соответствует 4-мерный потенциал

Здесь р^ — компоненты оператора 4-импульса электрона, тпе — масса электрона. Дальнейшие вычисления проводились по теории возмущений на основе точных решений уравнения Дирака в отсутствии поля (впервые такая задача решалась в [36]).

Кратко суммируем результаты исследований такого рода. Установлено, что постоянное и однородное магнитное поле приводит к появлению резонан-сов в энергетическом спектре бета-электронов. Резонанс появляется, когда электрон после распада нейтрона захватывается на плоскую орбиту вращения в магнитном поле. Число резонансов обратно пропорционально напряженности магнитного поля. При достижении величины напряженности поля Я = Нс(е§ — 1)/2 (Нс = т2есг/(еК) = 4.414 • 1013 Э — критическое значение поля, бо — граничная энергия /3-спектра) реализуется только один резонанс.

В случае, когда напряженность магнитного поля Н <С Нс, отношение вероятностей /3-распада для неполяризованного нейтрона в поле (И^) и без него (И^своб) равно [36]: где \Уо = (22( 1 + Зд2)т1/(4ж^) — нормировочная константа вероятности /?

ЬЛР* - еАехг) - те] <Ре = 0.

1)

Здесь ф — числовой множитель, а

И^своб = МоФо, распада нейтрона , а Фо — функция Ферми: со

Фо = 21 ¿ее{е2 - 1)1'2(е0 - е)\ 1

Из (1) видно, что вероятность бета-распада нейтрона в магнитном поле растет квадратично с увеличением напряженности поля, однако поправка остается малой. При переходе к очень сильному магнитному полю (значение напряженности Н = Нс{4 — 1)/(2бо)) отношение И^/И^воб становится равным [36]

И7Жсвоб = 5(4 - 1)/(24) ~ 2.1, т.е. вероятность бета-распада нейтрона в присутствии поля в 2 раза превышает вероятность его распада в свободном состоянии и с дальнейшим увеличением Н растет по линейному закону. Аналогичные результаты были получены в работах [37, 38].

В случае /3-распада поляризованного нейтрона в магнитном поле (Н Нс) в вероятности реакции появляется линейная по полю поправка, наличие которой дает надежду на экспериментальную проверку, так как при величине напряженности поля порядка 105 Э эффект влияния хотя и мал, но все же находится на пределе экспериментальных возможностей.

В работе [39] впервые изучался /3-распад нейтрона в сложном электромагнитном поле — постоянное магнитное поле, совмещенное с электромагнитной волной, распространяющейся вдоль этого поля (конфигурация Редмонда). Оказалось,, что при значениях параметра £ = еЕ/(теи) 1 (Е — напряженность электрического поля волны, и — ее частота), выражение для \У/\¥своъ есть

Усвоб = 1 + 0.4 (Е/Нс)2, и при реально достижимых величинах Е существенных отклонений от вероятности свободного распада не будет.

В [31] рассматривался бета-распад нейтрона в поле плоской электромагнитной волны циркулярной поляризации (лазерное излучение). Для описания влияния внешнего поля на вероятность /3-распада были введены параметры: Иш Е х еЕ

0)Х гт ) Ч \ тес1 Нс А теаи

При малой частоте поля, обычной для лазерного излучения (параметр Л 10~б), электромагнитная волна вносит изменение в энергетический спектр бета-электронов: дифференциальная вероятность будет зависеть от параметра интенсивности волны Спектр /^-электронов не обрывается при £о> как это имеет место в распаде свободного нейтрона, а с ростом параметра £ смещается в релятивистскую область.

Положение меняется при рассмотрении полной вероятности процесса. Оказалось, что площадь под кривыми, описывающими энергетическое распределение /3-электронов с различными значениями параметра остается практически постоянной и не зависит от интенсивности волны. Если отношение Е/[Нс(е1 — I)3/2] < 1, то для бета-распадов нейтрона и трития получается: своб =1 + (0.4 - 0.3аСп)(Е/Нс)2 - для нейтрона, \У/\¥своб = 1 + 104(1.3 - 0.1 аСп){Е/Нс)2 - для трития а = 2д(д — 1)/(1 + 3д2), (п = ±1 — проекция спина нейтрона (трития) на направление внешнего поля). Из (2) следует, что полная вероятность /3-распада не зависит от параметра £ и увеличение плотности потока энергии в интенсивной электромагнитной волне в широких пределах не изменит естественный период полураспада /3-активного ядра. Эти результаты были подтверждены и в работе [40].

Существует и другой физический механизм стимулирования ^-распада ядра электромагнитным полем — так называемый фото-бета-распад, впервые рассмотренный в [52]. Он представляет собой эндотермический процесс, в котором поглощение высокоэнергетического фотона /3-стабильным ядром стимулирует его /^"-распад (предполагается, что в отсутствии поля он был запрещен только из-за энергетических ограничений). В отличие от работ, в которых изучалось действие лазерных полей, в [52] рассматривалось электромагнитное излучение нагретой среды с температурой, в энергетической шкале по величине сравнимой с энергиями ядерных состояний. Это обстоятельство, как и в случае процесса СВР, открывает возможность рассматривать передачу энергии от фотона не /^-электрону, а непосредственно материнскому ядру, реализуя бета-переходы, ранее запрещенные энергетическими условиями. Иными словами, фото-бета-распад позволяет исследовать внешнее воздействие электромагнитного поля не на /3-электрон, а непосредственно на материнское ядро.

В [52] было показано, что среди возможных физических механизмов реализации фото-бета-распада ядра наибольшей вероятностью обладает процесс рождения фотоном виртуальной электрон-позитронной пары с последующим поглощением ядром позитрона и эмиссией антинейтрино, и получено выражение для его вероятности в электромагнитном поле с планковским спектром частот.

Как показали оценки, температуры, необходимые для осуществления такого процесса, должны быть достаточно велики (Т > 109 К). Поэтому в последующих работах [53, 54] рассматривались приложения физического механизма фото-бета-распада к решению астрофизической проблемы образования "обойденных" ядер. Поскольку одна из глав данной работы также посвящена этой проблеме, мы осветим ее здесь лишь в общих чертах, проведя более подробное рассмотрение в соответствующем разделе.

Название "обойденных" (иначе - р-ядер) получили наиболее богатые протонами /^-стабильные нуклиды с 34 < ^ < 80 (всего их более 30), распространенность которых на два-три порядка меньше, чем соседних с ними стабильных элементов, образовавшихся в процессах нейтронного захвата. Происхождение р-ядер не объясняется стандартной теорией нуклеосинтеза [55, 56]. По этой теории средние и тяжелые стабильные ядра образовались в веществе массивных звезд в результате медленного (я-процесс) или быстрого (г-процесс) нейтронного захвата с последующим (или одновременным) ^"-распадом образовавшихся элементов. Как известно, цепочка этих /3-распадов обычно заканчивается ^-стабильным ядром (обозначим его как (А, Z)) и дальнейший переход к "обойденному" стабильному ядру (обозначим его как (А, 2 + оказывается невозможным из-за энергетического порога Д высотой (1 -т- 3) МэВ, разделяющего ядра (А, Z) и (А, Z +1). Именно по этой причине ядра (А, Z + 2) оказываются как бы "обойденными" процессами нейтронного захвата. Физический механизм фото-бета-распада (3-стабильного ядра (Л, Z) позволяет за счет энергии электромагнитного поля в звездном веществе преодолеть указанный энергетический барьер и осуществить /^-переход (А^) (А^ + 1). Поскольку ядро (Л, + 1) обычно ^"-активно, его естественный /3-распад приведет к р-ядру (А, Z + 2). Таким образом, включение фото-бета-распада в цепочку естественных /3-распадов после этапа синтеза стабильных нуклидов (А, Z) позволяет получить "обойденное" ядро (А, Z + 2) к тем самым, в принципе, решить проблему.

Расчеты распространенностей р-ядер в работах [53, 54] базировались на формуле для вероятности фото-бета-перехода, впервые выведенной в работе [52]. Она была получена в приближении плоских волн при описании состояний как электрона и антинейтрино, так и виртуального позитрона, т.е. без учета действия кулоновского поля ядра на лептонные волновые функции. Представляется, что использование формулы для вероятности реакции, полученной в таком приближении, в дальнейших расчетах может привести к существенным ошибкам, поскольку в процессе фото-бета-распада учет куло-новского поля распадающегося ядра является принципиально важным. Как известно, рождение дилептонной пары свободным фотоном запрещено кинематикой процесса. Если же при расчете ключевой диаграммы процесса с рождением пары на всех этапах используется приближение плоских волн, т.е. все участвующие частицы находятся в свободном состоянии, то передача "избыточного" импульса ядру при рождении пары может быть осуществлена только за счет слабого взаимодействия, которое также участвует в фото-бета-распаде. Однако в реальной ситуации имеется гораздо более сильное электромагнитное поле ядра, которое безусловно должно повлиять на вероятность процесса с участием заряженных частиц (в том числе и в виде появления аналога /?-распадной функции Ферми в конечных формулах). В свете сказанного учет кулоновского поля ядра может существенно изменить величину сечения фотостимулированного /3-процесса, ранее рассчитанную в приближении плоских волн в [52], и поставить под сомнение выводы работ [53, 54], полученные с использованием ключевой формулы из [52].

Цель настоящей работы — теоретическое исследование процесса фото-бета-распада ядра в релятивистской постановке задачи с точным учетом действия кулоновского поля на все участвующие в процессе заряженные частицы и рассмотрение на его основе астрофизической проблемы синтеза "обойденных" элементов в массивных звездах на квазиравновесном этапе их эволюции и проблемы стимулирования ^-распада ядер синхротронным излучением.

Следует ожидать, что, поскольку в реакции участвует слабое взаимодействие, сечение процесса будет невелико, и это затруднит его прямое наблюдение. Поэтому для практической реализации процесса фото-бета-распада потребуются интенсивные потоки высокоэнергетичных фотонов с энергиями, превышающими пороговую энергию, которая для конкретных ядер может лежать в диапазоне от нескольких десятков кэВ до нескольких МэВ. В качестве возможных источников таких фотонов будут рассмотрены высокотемпературная плазма (температура Т > 109 К) и синхротронное излучение.

Как уже отмечалось выше, в работах [53, 54] явление фото-бета-распада стабильных ядер бралось в качестве одного из возможных механизмов образования р-ядер. Мы также сформулируем модель процесса синтеза "обойденных" ядер в 'веществе массивных звезд, основанную на явлении фото-бета-распада. Главным отличием нашей модели от упомянутых выше будет отказ от приближения плоских волн и учет действия кулоновского поля ядра. Кроме того, и это тоже существенный момент, мы рассмотрим фото-бета-переходы также и между возбужденными состояниями ядер, которые заселены в среде при ядерных температурах. Мы полагаем, что учет таких переходов может сильно сказаться на вероятности процесса.

Трудно ожидать, что наша модель будет универсальной и позволит получить весь спектр распространенностей р-ядер. Однако, надеемся, что она позволит определить физические условия, необходимые для синтеза по механизму фото-бета-распада если не всех, то, по крайней мере, какой-то части /ьядер, и связать их с теми или иными конкретными этапами эволюции массивной звезды, оценив тем самым возможный вклад этого механизма в процесс образования "обойденных" элементов.

Еще одним источником высокоэнергетического электромагнитного излучения, способным стимулировать фото-бета-распад, но уже в земных условиях, может быть синхротронное излучение (СИ), получаемое в современных ускорителях. Наличие в спектре СИ фотонов с энергией выше 50 кэВ и большая интенсивность излучения позволяют рассматривать синхротронное излучение как возможный источник фотонов, способных инициировать фото-бетараспад тех стабильных ядер, у которых пороговая энергия по отношению к /?~-распаду относительно невелика.

Будет также исследована и возможность ускорения ^-распада долгоживу-щих бета-активных ядер путем облучения их синхротронным излучением по следующему механизму: материнское ядро поглощает фотон и тем самым стимулируется эндотермические бета-распады р возбужденные состояния дочернего ядра. Тогда при больших мощностях синхротронного излучения можно ожидать определенного уменьшения времени полураспада материнских ядер.

Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, Приложения и библиографического списка.

Заключение диссертации по теме «Теоретическая физика», Карелин, Константин Николаевич

Заключение

В ходе проведенного исследования решены следующие задачи:

1. В релятивистской постановке построена теория процесса фото-бета-распада атомного ядра с точным учетом его кулоновского поля. Получено, что:

• при энергиях фотонов, близких к пороговой, сечение процесса мало и быстро возрастает с увеличением энергии фотонов;

• вероятность фото-бета-распада существенно зависит от зарядового числа (увеличивается с его возрастанием) и от величины пороговой энергии (с ее ростом вероятность быстро уменьшается при фиксированной энергии фотона, инициирующего процесс). Если энергия фотона будет намного больше пороговой, зависимость сечения от пороговой энергии практически исчезает.

2. Разработан метод численного расчета интегралов от медленно сходящихся осциллирующих функций, появляющихся в расчетах с релятивистскими кулоновскими функциями электрона (для реальных и. виртуальных состояний). Метод использует их асимптотические разложения и переход к неполной гамма-функции.

3. Для случая электромагнитного излучения с планковским спектром частот исследована зависимость вероятности фото-бета-распада от температуры среды, величины пороговой энергии и заряда ядра. Получено, что наиболее существенная зависимость вероятности реакции от температуры среды наблюдается, когда температура (в энергетических единицах) < пороговой энергии. Показано, что при температурах среды Т > 109 К учет кулоновских эффектов необходим и результаты различных моделей, основанных на явлении фото-бета-распада, сечение которого рассчитано в приближении плоских волн, могут быть поставлены под сомнение.

4. Предложена новая модель процесса синтеза "обойденных" элементов в веществе массивных звезд, основанная на фото-бета-распаде стабильных изотопов, стимулированном тепловым излучением звезды. В ней распространенности р-ядер рассчитываются с учетом действия кулоновского поля ядра на лептоны и учитываются эндотермические /^"-переходы также и между возбужденными состояниями материнского и дочернего ядер. Показано, что все это существенно влияет на результаты расчетов.

5. Вычислены абсолютные распространенности всех "обойденных" ядер при температуре звездного вещества Т = 2.5 • 109 К и проанализирована возможность модели объяснить наблюдаемые распространенности р-ядер их синтезом на квазиравновесном этапе эволюции массивной звезды. Показано, что механизм фото-бета-распада может вносить заметный вклад в синтез тех элементов, у которых энергетический порог для фото-бета-распадной реакции меньше (2 -Ь 2.3) МэВ. Сделан вывод, что по предложенному механизму синтез легких р-ядер должен был бы идти при более высоких, чем 2.5 • 109 К, температурах^ а тяжелых - при более низких.

6. Теоретически исследовано воздействие синхротронного излучения от наиболее мощных современных источников на ядерный бета-распад.

• Получено, что для ^-стабильных ядер, у которых пороговая энергия по отношению к распаду относительно невелика, скорость стимулированного бета-распада по порядку величины соответствует переходам третьего порядка запрета. Однако, если величина пороговой энергии аномально мала (как в случае ядра 1630у, где она составляет 2.5 кэВ), то скорость эндотермического /3~-распада соответствует естественным переходам второго порядка запрета.

Изучена возможность ускорения естественных /3~-распадов путем воздействия на них синхротронным излучением. Получено, что заметное увеличение скорости распада наблюдается лишь для переходов третьего порядка запрета в ядре 87И,Ь (в пределах 5%, что выходит за ошибки эксперимента) и четвертого порядка запрета в ядре 1151п (увеличивается почти на три порядка).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Карелин, Константин Николаевич, 2004 год

1. Делоне Н.Б. Нелинейная ионизация атомов лазерным излучением / Н.Б. Делоне, В.П. Крайнов. - М. : Физматлит, 2001. - 311 с.

2. Burnett К. Atoms in ultra-intense laser fields / К. Burnett, V.C. Reed, P.L. Knight // J.Phys.B. 1993. - V. 26. - P. 561-598.

3. Attwood D. Soft X-Rays and Extreme Ultraviolet Radiation: Principles and Applications / D. Attwood. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1999.- 486 p.

4. Тернов И.М. Синхротронное излучение / И.M. Тернов // УФН. 1995.- Т. 165. С. 429-456.

5. Тернов И.М. Синхротронное излучение. Теория и эксперимент / И.М. Тернов, В.В. Михайлин. М. : Энергоатомиздат, 1986. - 296 с.

6. Синхротронное излучение. Свойства и применения / Кодлинг К. и др.]. Под ред. К.Кунца; пер. с англ. под ред. С.П. Капицы, И.М. Тернова. М. : Мир, 1981. - 526'с.

7. Баткин И.С. Возбуждение низколежащих ядерных состояний синхро-тронным излучением / И.С. Баткин, М.И. Беркман // Ядерная физика- 1980. Т. 32. - С. 972-977.

8. Кулипанов Г.Н. Использование синхротронного излучения: состояние и перспективы / Г.Н. Кулипанов, А.Н. Скринский // УФН. 1977. - Т. 122. - С. 369-418.

9. Тернов И.М. Синхротронное излучение и его применения /И.М. Тернов, В.В. Михайлин, В.Р. Халилов. М. : МГУ, 1980. - 276 с.

10. Ferbel Т. Direct-photon production in high-energy collisions / T. Ferbel, W.R. Molzon // Rev. Mod. Phys. 1984. - V. 56, № 2. - P. 181-221.

11. Каманин В.В. Эмиссия высокоэнергетических гамма-квантов в реакциях с тяжелыми ионами при нерелятивистских энергиях / В.В. Каманин, А. Куглер, Ю.Э. Пенионжкевич и др. // Физика элементарных частиц и атомного ядра 1989. - Т. 20, № 4. - С. 741-829.

12. Klasen M. Theory of hard photoproduction / M. Klasen // Rev. Mod. Phys. 2002. - V. 74. - P. 1221-1282.

13. Копытин И.В. Электромагнитное излучение в ядро-ядерных столкновениях / И.В. Копытин И.В., А.С. Корнев // Ядерная физика 1998. -Т. 61, № 3. - С. 472-480.

14. Jalilian-Marian J. Prompt photons from relativistic heavy ion collisions / J. Jalilian-Marian, K. Orginos, and I. Sarcevic // Phys. Rev. С 2001. -V. 63. - P. 041901-1-041901-4.

15. Rudd M.E. Electron production in proton collisions: total cross sections / M.E. Rudd, Y.-K. Kim, D.H. Madison, J.W. Gallagher // Rev. Mod. Phys. 1985. - V. 57, № 4. - P. 965-994.

16. Xiong L. Dielectron production from nucleus-nucleus collisions / L. Xiong, Z.G. Wu, C.M. Ко and J.Q. Wu // Nucl. Phys. 1990. - V. A512, № 4. -P. 772-786.

17. Cassing W. Production of energetic particles in heavy-ion collisions / W. Cassing, V. Metag, U. Mosel and K. Niita // Phys. Rep. 1990. - V. 188, № 6. - P. 363-449.

18. Drees A. Low mass dilepton and photon production / A. Drees // Nucl. Phys. 1996. - V. A610. - P. 536-551.

19. Копытин И.В. Дилептонное рождение и эмиссия быстрых позитронов при ядро-ядерных столкновениях / И.В. Копытин, А.С. Корнев // Ядерная физика 1998. - Т. 61, № 4. - С. 650-657.

20. Rudd М.Е. Electron production in proton collisions with atoms and molecules: energy distributions / M.E. Rudd, Y.-K. Kim, D.H. Madison and T.J. Gay // Rev. Mod. Phys. 1992. - V. 64, № 2. - P. 441-490.

21. Braun-Munzinger P. Pion production in heavy-ion collisions / P. Braun-Munzinger, J. Stachel // Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 1987. - V. 37. - P. 97-131.

22. Баткин И.С. Подпороговое рождение 7г-мезонов при столкновениях ионов промежуточных энергий / И.С. Баткин, И.В. Копытин, Ю.Э. Пе-нионжкевич // Физика элементарных частиц и атомного ядра 1991. -Т. 22, № 2. - С. 512-558.

23. Thurman-Keup R.M. W boson physics at hadron colliders / R.M. Thur-man-Keup, A.V. Kotwal, M. Tecchio, A. Byon-Wagner // Rev. Mod. Phys.- 2001. V. 73, № 2. - P. 267-306.

24. Алмалиев A.H. Столкновительный 7-распад изомерных ядерных состояний и особенности тормозных спектров при столкновении 7-активных ядер / А.Н. Алмалиев, И.В. Копытин, М.А. Шихалев // Изв. РАН. Сер. физ. 1999. - Т. 63, № 1. - С. 27-33.

25. Алмалиев А.Н. Конверсионная разрядка изомеров в ион-ионных столкновениях / А.Н. Алмалиев, И.В. Копытин, А.В. Склокин // Изв. РАН. Сер. физ. 2000. - Т. 64, № 3. - С. 458-465.

26. Баткин И.С. /?-распад, индуцированный ион-ионными столкновениями / И.С. Баткин, И.В. Копытин, О.В. Тютина // Ядерная физика 1991.- Т. 53, № 6. С. 1576-1585.

27. Копытин И.В. Бета-распад стабильных изотопов в нуклон-ядерных столкновениях / И.В. Копытин, М.А. Долгополов, Э.Г. Карпов, Т.А. Чуракова // Ядерная физика 1997. - Т. 60. - С. 592-598.

28. Копытин И.В. Столкновительный ^-распад ядер в кулоновском поле ^ и проблема происхождения обойденных изотопов / И.В. Копытин, Т.А.

29. Крыловецкая // Ядерная физика 1998. - Т. 61. - С. 1589-1599.

30. Копытин И.В. Столкновительный ^-распад стабильных ядер, стимулированный нейтронами / И.В. Копытин, Т.А. Крыловецкая, Т.А. Чу-ракова // Изв. РАН. Сер. физ. 1999. - Т. 63, № 1. - С. 34-38.

31. Копытин И.В. Ускорение /^-переходов высокого порядка запрета столк-новительными процессами / И.В. Копытин, Э.Г. Карпов, Т.А. Чуракова // Изв. РАН. Сер. физ. 1997. - Т. 61. - С. 49-53.

32. Тернов И.М. Влияние сильного электромагнитного поля на бета-распад / И.М. Тернов, В.Н. Родионов, О.Ф. Дорофеев // Физика элементарных частиц и атомного ядра 1989. - Т. 20, вып. 1. - С. 51-95.

33. Beder D.S. Laser nonenhancement of tritium beta decay/ D.S. Beder, I.M. Blevis // Can. J. Phys. 1985. - V. 63, № 5. - P. 642-645.

34. Reiss H.R. Laser enhancement of nuclear beta decay / H.R. Reiss // Phys. Rev. Lett. 1982. - V. 48, № 9. - P. 652.4!,

35. Becker W. A note on total cross sections and decay rates in the presence of a laser field / W. Becker, G.T. Moore, R.R. Schlicher and M.O. Scully // Phys. Lett. A 1983. - V. 94, № 3-4. - P. 131-134.

36. Тернов И.М. /3-распад поляризоавнных ядер в поле интенсивной электромагнитной волны / И.М. Тернов, В.Н. Родионов, О.Ф. Дорофеев // ЖЭТФ. 1983. - Т. 84. - С. 1225-1235.

37. Тернов И.М. К теории /3-распада нейтрона во внешнем поле / И.М. « Тернов, Б.А. Лысов, Л.И. Коровина // Вестник Моск. университета.

38. Сер. физика, астрономия. 1965. - № 5. - С. 58-63.

39. Matese J.J. Neutron beta decay in a uniform constant magnetic field / J.J.

40. Matese and R.F. O'Connell // Phys. Rev. 1969. - V. 180. - P. 1289-1292.

41. Fassio-Canuto L. Neutron beta decay in a strong magnetic field / L. Fassio-Canuto // Phys. Rev. 1969. - V. 187. - P. 2141-2146.

42. Тернов И.М. Поляризационные эффекты /3-распада в интенсивном электромагнитном поле / И.М. Тернов, В.Н. Родионов, В.Г. Жулего, А.И. Студеникин // Ядерная физика 1978. - Т. 28. - С. 1454-1465.

43. Reiss H.R. Modification of nuclear ¡3 decay by intense low-frequency electromagnetic waves / H.R. Reiss // Phys. Rev. С 1987. - V. 36, № 1. - P. 283-297.

44. Никишов А.И. Влияние лазерного поля на /3-распады ядер и другие процессы, идущие в отсутствие поля /А.И. Никишов, В.И. Ритус // Проблемы квантовой электродинамики интенсивного поля (Тр. ФИАН). 1986. - Т. 168. - С. 232-262.

45. Баткин И.С. /?-распад трития в резонансном радиочастотном поле / И.С. Баткин, И.В. Копытин // Ядерная физика 1991. - Т. 53, № 4. -С. 930-933.

46. Jung М. First observation of bound-state beta-decay / M. Jung, F. Bosch, K. Beckert, et al. // Phys. Rev. Lett. 1992. - V. 69. - P. 2164-2167.

47. Reiss H.R. Nuclear beta decay induced by intense electromagnetic fields: Basic theory / H.R. Reiss // Phys. Rev. С 1983. - V. 27, № 3. - P. 1199-1228.

48. Reiss H.R. Nuclear beta decay induced by intense electromagnetic fields: Forbidden transitions examples / H.R. Reiss // Phys. Rev. С 1983. - V. 27, № 3. - P. 1229-1243.

49. Becker W. Comment on enhancement of forbidden nuclear beta decay by high-intensity radio-frequency fields / W. Becker, R.R. Schlicher, and M.O. Scully // Phys. Rev. С 1984. - V. 29, № 3. - P. 1124-1131.

50. Becker W. A no-go theorem concerning the enhancement of nuclear decays by intense radiation fields / W. Becker, R.R. Schlicher, and M.O. Scully // Phys. Lett. A 1984. - V. 101, 1. - P. 58-60.

51. Becker W. Forbidden nuclear ¡3-decay in an intense plane-wave field / W. Becker, R.R. Schlicher, and M.O. Scully // Nucl. Phys. 1984. - V. A426, № 1. - P. 125-136.

52. Ахмедов E.X. О влиянии сильной электромагнитной волны на запрещенные /3-распады ядер / Е.Х. Ахмедов // Письма в ЖЭТФ. 1984. -Т. 39. - С. 283-285.

53. Ахмедов Е.Х. Запрещенный /3-распад в поле сильной электромагнитной волны // ЖЭТФ. 1984. - Т. 87. - С. 1541-1551.

54. Берестецкий В.Б. Квантовая электродинамика / В.Б. Берестецкий, Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. М. : Наука, 1989. - 728 с.

55. Shaw Р.В. Photon-induced beta decay in stellar interiors / P.B. Shaw, D.D. Clayton, F.C. Michel // Phys. Rev. 1965. - V. 140, № 5B. - P. B1433-B1441.

56. Arnould M. Importance of the photo-beta process for the synthesis of "p" elements in stellar conditions / M. Arnould // Nucl. Phys. - 1967. - V. A100. - P. 657-672.

57. Копытин И.В. Реакция фото-бета-распада стабильного ядра как основа новой модели процесса синтеза р-ядер / И.В. Копытин, Т.А. Крыло-вецкая // Изв. РАН. Сер. физ. 2000. - Т. 64, № 5. - С. 935-941.

58. Burbidge Е.М. Synthesis of the elements in stars / E.M. Burbidge, G.R. Burbidge, W.A. Fowler, F. Hoyle // Rev. Mod. Phys. 1957. - V. 29. - P. 547-650.

59. Wallerstein G. Synthesis of the elements in stars: forty years of progress / G. Wallerstein, I. Iben, P. Parker et al. // Rev. Mod. Phys. 1997. - V.69. P. 995-1084.

60. Копытин И.В. Модель процесса синтеза р-ядер в массивных звездах на основе фото-бета-распада с учетом кулоновских эффектов /И.В. Копытин, К.Н. Карелин, A.A. Некипелов // Вестн. Воронеж, гос. ун-та. Сер. физика, математика. 2002. - № 2. - С. 11-15.

61. Копытин И.В. Эндотермический /3-распад ядра в электромагнитном поле / И.В. Копытин, К.Н. Карелин, A.A. Некипелов // Изв. РАН. Сер.физ. 2003. - Т. 67, № 5. - С. 670-675.

62. Копытин И.В. Точный учет кулоновского поля при фото-бета-распаде ядра и проблема "обойденных" элементов / И.В. Копытин, К.Н. Карелин, A.A. Некипелов // Ядерная физика 2004. - Т. 67, № 8. - С. 14551467.

63. Алмалиев А.Н. Ускорение /^"-переходов синхротронным излучением / А.Н. Алмалиев, К.Н. Карелин, И.В. Копытин // Вестн. Воронеж, гос. ун-та. Сер. физика, математика. 2004. - № 1. - С. 5-10.

64. Копытин И.В. Эндотермический бета-распад ядер в поле синхротрон-ного излучения / И.В. Копытин, К.Н. Карелин, В.А. Фофонов // Вестн. Воронеж, гос. ун-та. Сер. физика, математика. 2004. - № 1. - С. 15-20.

65. Wiedenmuller H.A. First-Forbidden Beta Decay / H.A. Wiedenmuller // Rev. Mod. Phys. 1961. - V. 33. - P. 574-607.

66. Запрягаев C.A. Теория многозарядных ионов с одним и двумя электронами / С.А. Запрягаев, H.JI. Манаков, В.Г. Пальчиков. М. : Энер-гоатомиздат, 1985. - 144 с.

67. Уиттекер Э.Т. Курс современного анализа. Т.2 / Уиттекер Э.Т., Ват-сон Д.Н. Пер. с англ; Под ред. Ф.В.Широкова. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. - 515 с.

68. Долгинов А.З. Гамма-лучи / А.З. Долгинов; Отв. ред. J1.A. Слив. -М.-Л. : Изд-во АН СССР, 1961. 720 с.

69. Айзенберг И. Механизмы возбуждения ядра / И. Айзенберг, В. Грай-нер: В 3 т: Пер.с англ. С.П.Камерджиева. Т.2: Электромагнитное и слабое взаимодействия. - М. : Атомиздат, 1973. - 348 с.

70. Бейтмен Г. Высшие трансцендентные функции / Г. Бейтмен, А. Эр-дейи: В 3 т: Пер. с англ. Н.Я. Виленкина. Т.2: Функции Бесселя, функции параболического цилиндра, ортогональные многочлены. - М. : Наука, 1966. - 296 с.

71. Бейтмен Г. Высшие трансцендентные функции / Г. Бейтмен, А. Эр-дейи: В 3 т: Пер. с англ. Н.Я. Виленкина. Т.1: Гипергеометрическая функция. Функции Лежандра. - М. : Наука, 1966. - 296 с.

72. Джелепов Б.С. Бета-процессы. Функции для анализа бета-спектров и электронного захвата / Б.С. Джелепов, Л.Н. Зырянова, Ю.П. Суслов. -Л. : Наука, 1972. 374 с.

73. Престон М. Физика ядра / М. Престон. Пер.с англ. Б.Н. Захарьева и Н.П. Юдина; Под ред. В.В. Балашова. М. : Мир, 1964. - 576 с.

74. Ишханов Б.С. Нуклеосинтез во Вселенной /B.C. Ишханов, И.М. Капитонов, И.А. Тутынь. М. : МГУ, 1999. - 128 с.

75. Ito К. Stellar synthesis of the proton-rich heavy elements / K. Ito // Progr. Theor. Phys. 1961. - V. 26. - P. 990-1004.

76. Truran J.W. The p-process in explosive nucleosynthesis / J.W. Truran, A.G.W. Cameron // Astrophys. J. 1972. - V. 171, № 1. - P. 89-92.

77. Франк-Каменецкий Д. A. (p, n) и (p, 2п)-реакции и происхождение обойденных ядер / Д.А. Франк-Каменецкий // Астрон. журн. 1961. -Т. 38. - С. 91-96.

78. Домогацкий Г.В. Образование обойденных изотопов под действием нейтрино и возможная роль нейтрино в нуклеосинтезе /Г.В. Домогацкий, Д.К. Надежин // Астрон. журн. 1978. - Т. 55. - С. 516-530.

79. Копытин И.В. Новый механизм нуклеосинтеза обойденных ядер / И.В. Копытин, М.А. Долгополов, Т.А. Крыловецкая // Изв. РАН. Сер. физ. 1996. - Т. 60, № 1. - С. 186-191.

80. Копытин И.В. Модель процесса синтеза "обойденных" ядер в звездном веществе / И.В. Копытин, Т.А. Крыловецкая // Изв. РАН. Сер. физ. -1998. Т. 62, № 1. - С. 56-61.

81. Woosley S.E. The p-process in supernovae / S.E. Woosley, W.M. Howard // Astrophys. J. Suppl. Ser. 1978. - V. 36. - P. 285-304.

82. Rayet M. The p-process revisited / M. Rayet, N. Prantzos, M. Arnould // Astron. & Astrophys. 1990. - V. 227. - P. 271-281.

83. Rayet M. The p-process in Type II supernovae / M. Rayet, M. Arnould, M. Hashimoto et al. // Astron. & Astrophys. 1995. - V. 298. - P. 517-527.

84. Ядерная астрофизика / под ред. Ч. Барнса, Д. Клейтона, Д.М. Шрамма]. М. : Мир, 1986. - 520 с.89. http://www.spring8.or.jp/e/generalinfo/overview

85. Бабичев А.П. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев идр.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

86. SPring-8 Beamline Handbook / S. Goto et al.]. Kouto : Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), 2004. - 181 p.

87. Table of Isotopes. 8th edition / Firestone R.B. et al.] NY. : John Wiley & Sons, 1996. - 3168 p.

88. Варшалович Д.А. Квантовая теория углового момента / Д.А. Варша-лович, А.Н. Москалев, В.К. Херсонский. J1. : Наука, 1975. - 440 с.