Войти
В физике, индуцированное гамма-излучение (IGE ) относится к процессу флуоресцентного излучения гамма-лучей от возбужденных ядер, обычно с участием определенного ядерного изомера. Это аналогично обычной флуоресценции, которая определяется как испускание фотона (единицы света) возбужденным электроном в атоме или молекуле. В случае ИГЭ ядерные изомеры могут хранить значительные количества энергии возбуждения в течение времени, достаточного для того, чтобы они могли служить ядерными флуоресцентными материалами. Известно более 800 ядерных изомеров, но почти все они слишком радиоактивны по своей природе, чтобы их можно было рассматривать для применения. По состоянию на 2006 г. было предложено два ядерных изомера, которые оказались физически способны к флуоресценции ИГЭ в безопасных условиях: тантал-180m и гафний-178m2.
Энергетика ИГЭ от Ин. Стрелки - фотоны, (вверх) поглощение, (вниз) излучение. Горизонтальные линии представляют возбужденные состояния In, участвующие в ИГЭ. Индуцированное гамма-излучение является примером междисциплинарных исследований, граничащих как с ядерной физикой, так и с квантовой электроникой. Рассматриваемая как ядерная реакция, она будет принадлежать к классу, в котором только фотоны участвуют в создании и разрушении состояний ядерного возбуждения. Этот класс обычно упускается из виду в традиционных дискуссиях. В 1939 году Понтекорво и Лазар сообщили о первом примере такого типа реакции. Индий был мишенью, и в современной терминологии, описывающей ядерные реакции, это было бы записано In (γ, γ) In. Нуклид-продукт имеет букву «m», означающую, что он имеет достаточно длительный период полураспада (в данном случае 4,5 часа), чтобы его можно было квалифицировать как ядерный изомер. Это то, что сделало эксперимент возможным в 1939 году, потому что у исследователей было несколько часов, чтобы удалить продукты из облучающей среды, а затем изучить их в более подходящем месте.
В случае фотонов-снарядов импульс и энергия могут быть сохранены только в том случае, если падающий фотон, рентгеновское или гамма-излучение, имеет точно такую энергию, которая соответствует разнице в энергии между начальным состоянием ядра-мишени и некоторым возбужденным состоянием. это не слишком отличается с точки зрения квантовых свойств, таких как спин. Порогового поведения нет, падающий снаряд исчезает, а его энергия передается во внутреннее возбуждение ядра-мишени. Это резонансный процесс, который необычен в ядерных реакциях, но нормален для возбуждения флуоресценции на атомном уровне. Только в 1988 году была окончательно доказана резонансная природа этого типа реакции. Такие резонансные реакции легче описать формальностями атомной флуоресценции, а дальнейшему развитию способствовал междисциплинарный подход ИГЭ.
Существует небольшая концептуальная разница в эксперименте ИГЭ, когда целью является ядерный изомер. Такая реакция, как X (γ, γ) X, где X является одним из пяти кандидатов, перечисленных выше, отличается только потому, что существуют более низкие энергетические состояния для нуклида-продукта, чтобы войти после реакции, чем в начале. Практические трудности возникают из-за необходимости гарантировать безопасность от спонтанного радиоактивного распада ядерных изомеров в количествах, достаточных для экспериментов. Время жизни должно быть достаточно большим, чтобы дозы от самопроизвольного распада от мишеней всегда оставались в безопасных пределах. В 1988 году Коллинз с соавторами сообщили о первом возбуждении ИГЭ ядерным изомером. Они возбуждали флуоресценцию ядерного изомера тантала -180m рентгеновскими лучами, произведенными внешней лучевой терапией линейным ускорителем. Результаты были неожиданными и считались спорными до тех пор, пока не были идентифицированы резонансные состояния, возбужденные в мишени.
Поскольку ИГЭ из ядер в основном состоянии требует поглощения очень специфических энергий фотонов для получения запаздывающих флуоресцентных фотонов, которые легко подсчитать, существует возможность создавать дозиметры с определенным энергопотреблением, комбинируя несколько различных нуклидов. Это было продемонстрировано при калибровке спектра излучения импульсного ядерного симулятора ДНК-ПИТОН. Такой дозиметр может быть полезен в лучевой терапии, где рентгеновские лучи могут содержать много энергии. Поскольку фотоны разной энергии воздействуют на разную глубину обрабатываемой ткани, это может помочь откалибровать, какая часть общей дозы будет депонирована в фактическом объеме мишени.
гафний кристаллический стержень В феврале 2003 г. не прошедший экспертную оценку New Scientist написал о возможности создания самолета с двигателем IGE, варианта ядерной силовой установки.. Идея заключалась в использовании Hf (предположительно из-за его высокого отношения энергии к массе), который запускался бы для испускания гамма-лучей, которые нагревали бы воздух в камере для реактивного движения. Этот источник энергии описывается как «квантовый ядерный реактор», хотя неясно, существует ли это название только в связи со статьей New Scientist.
Отчасти именно эта теоретическая плотность сделала все поле ИГЭ столь спорным. Было высказано предположение, что материалы могут быть сконструированы так, чтобы позволить всей накопленной энергии высвобождаться очень быстро в виде «взрыва». Возможное выделение энергии гамма-излучения само по себе сделало бы ИГЭ потенциально мощным "взрывчатым веществом" или потенциальным радиологическим оружием.
Плотность гамма-излучения, производимого в этой реакции были бы достаточно высокими, чтобы их можно было использовать для сжатия термоядерного топлива термоядерной бомбы. Если это окажется так, это может позволить создать термоядерную бомбу без делящегося материала внутри (т.е. чисто термоядерное оружие ); именно контроль делящегося материала и средства его создания лежат в основе большинства попыток остановить распространение ядерного оружия.
