2) меньше энергии покоя электрона
3) меньше энергии связи нуклона в ядре
4) равна энергии покоя электрона
Ядерный фотоэффект, или фотодезинтеграция, начинается после поглощения γ-кванта ядром с образованием возбужденного составного ядра. Если энергия возбуждения превышает энергию отделения нуклона — минимальную энергию, необходимую для его удаления из ядра, — становится энергетически возможным испускание нейтрона или протона. Поэтому верно условие, при котором энергия поглощённого γ-кванта превосходит энергию связи испускаемого нуклона в ядре.
В идеализированном виде для реакции γ + A → (A−1) + n условие имеет вид Eγ > Sn, где Sn — энергия отделения нейтрона; для протона аналогично используется Sp. С учётом закона сохранения импульса часть энергии расходуется на отдачу остаточного ядра, а при испускании протона необходимо дополнительно преодолеть кулоновский барьер. Ниже порога составное ядро может перейти в основное или менее возбуждённое состояние с испусканием γ-кванта, но эмиссия нуклона энергетически невозможна.
| Процесс или канал | Энергетическое условие | Основной результат | Ключевой диагностический признак |
|---|---|---|---|
| Фотодезинтеграция с испусканием нейтрона | Eγ выше энергии отделения нейтрона Sn | Образование остаточного ядра и свободного нейтрона | Нейтронное излучение; выраженного кулоновского барьера для нейтрона нет |
| Фотодезинтеграция с испусканием протона | Eγ выше Sp и эффективного порога, учитывающего кулоновский барьер | Образование остаточного ядра и протона | Протонный канал обычно подавлен кулоновским отталкиванием |
| Поглощение γ-кванта ниже порога отделения | Eγ < Sn или Sp | Нуклон не покидает ядро; возможна γ-деэксцитация | Отсутствие ядерных фото-нейтронов или фото-протонов |
| Гигантский дипольный резонанс | Энергия γ-кванта попадает в область коллективного возбуждения ядра, обычно порядка 10–20 МэВ | Резкое увеличение вероятности фотоядерной реакции | Энергетический максимум сечения фотодезинтеграции |
| Атомный фотоэффект | Eγ выше энергии связи электрона на электронной оболочке | Выбивание электрона и образование вакансии в оболочке | Фотоэлектрон и характеристическое рентгеновское излучение; ядро не разрушается |
| Рождение электрон-позитронной пары | Eγ ≥ 2mec2 = 1,022 МэВ, обычно в поле ядра | Образование электрона и позитрона | Порог определяется энергией покоя двух частиц, а не энергией связи нуклона |
Энергия покоя электрона не определяет порог ядерного фотоэффекта, поскольку этот процесс связан с преодолением нуклонной связи, а не с рождением электрон-позитронной пары. Практически фотоядерные реакции важны при работе с высокоэнергетическими линейными ускорителями, где могут формироваться вторичные фотонейтроны. Их учитывают при радиационной защите, расчёте эквивалентной дозы и выборе материалов для защиты. Вероятность реакции определяется не только превышением порога, но и ядерной структурой, энергией γ-кванта и сечением соответствующего канала.