Изучение фотоядерных реакций в широком диапазоне энергий позволяет получать фундаментальные сведения о различных свойствах ядерной материи и ее взаимодействиях. Основные направления исследований можно систематизировать в таблице:
Eγ(МэВ) | Направление исследований |
---|---|
до 5 | Астрофизика. |
5 - 30 | Коллективные
возбуждения ядер. |
30 – 150 | Кластерные состояния. Квазидейтроны. |
150 – 2000 | Нуклонные резонансы.Фоторождение
мезонов. |
до 106 | Векторная доминантность, адронизация фотонов. |
В течение многих лет фотоядерные исследования при средних энергиях были ограничены
в связи с отсутствием фотонных пучков с требуемыми параметрами, а именно – высокой
интенсивностью, монохроматичностью, высокой степенью поляризации, непрерывностью,
низким уровнем фона. При этом основным инструментом были тормозные пучки с непрерывным
спектром, которые не обеспечивали нужных требований, за исключением интенсивности.
При низких энергиях (в области гигантских резонансов) тормозные пучки продолжают
применяться за счет развития компьютерных методов обработки данных. В принципе
это возможно, потому что в области низких энергий выход реакции заметно растет
с ростом энергии фотонов. Но в области средних энергий, то есть выше порога рождения
мезонов, без монохроматизации пучка качественные эксперименты стали практически
невозможны. Поэтому настоящий спецкурс включает в себя описание методических достижений
в создании фотонных пучков.
Для улучшения качества пучка
применялись разные методы. Наибольшее распространение получил метод мечения тормозных
фотонов, когда продукты реакции регистрируются в совпадении с рассеянными на тормозном
радиаторе электронами. Этот метод позволил получить высокую монохроматичность
пучка при достаточно высокой интенсивности, ограниченной быстродействием схемы
совпадений. Были разработаны также способы получения тормозных поляризованных
фотонов с использованием Томсоновского рассеяния и каналирования. В настоящее
время на усовершенствованных таким образом тормозных пучках успешно ведутся работы
в различных научных центрах Европы, США, Канады, Японии и других стран. Одним
из перспективных методов улучшения параметров пучка стал метод обратного комптоновского
рассеяния, который дал дополнительные преимущества для исследования фотоядерных
реакций, а именно - более высокую степень поляризации пучка и низкий уровень фона.
Этот метод активно используется на различных электронных накопителях для исследования
фотоядерных реакций, а также в прикладных целях. Основным недостатком метода обратного
комптоновского рассеяния долгое время была относительно низкая интенсивность пучка,
но в последние годы найдены методы ее увеличения до значений, сравнимых с тем,
что получают на тормозных пучках.
Разработка новых методов
получения гамма - пучков в последние годы способствовала расширению тематики фотоядерных
исследований. В частности, это относится к изучению спиновой структуры нуклонов,
к астрофизическим приложениям, исследованию нестабильных экзотических ядер и др.
Следует отметить, что в результате использования комптоновского пучка получено
наиболее точное ограничение на анизотропию скорости света относительно диполя
реликтового излучения в мировой системе координат.
Кроме
фундаментальных исследований, фотоядерные методы активно используются в прикладных
областях: материаловедении, биологии, практической медицине. Особое значение в
этой связи имеет создание пучков синхротронного излучения на электронных накопителях.
Эти вопросы также нашли отражение в программе спецкурса, способствующего образованию
специалистов достаточно широкого профиля.
Особое внимание
уделяется современным методам компьютерной обработки данных с использованием моделирования.
Эти методы достаточно унифицированы, поэтому изучение спецкурса позволит получить
необходимое образование для работы в различных ядерных центрах, где ведутся эксперименты
на высоком научном и технологическом уровне.
Приведенные
в учебном пособии ссылки (после каждой главы), как правило, не содержат оригинальных
статей, а только монографии и обзоры, откуда взяты используемые материалы.