Фотоядерные реакции. 
Надзор и контроль в сфере безопасности. 
Радиационная защита

Фотоядерная реакция (фотоядерный эффект, ядерный фотоэффект, ядерное фоторасщепление) — это ядсрная реакция, в результате которой первичный фотон поглощается ядром, а снятие возбужденного состояния ядра происходит с испусканием нейтронов или заряженных частиц. Типичными фотоядерными реакциями являются реакции: (у, и), (у, 2п), (у, р), (у, пр). Менее вероятны и протекают при больших энергиях фотонов реакции с вылетом сложных частиц — дейтронов (у, d), а-частиц (у, а), а также процессы (у, Зл), (у, 4п). В делящихся ядрах может протекать реакция фотоделения (у, /). При взаимодействии фотонов очень больших энергий (более 100 МэВ) с нуклонами ядер возможно образование (фоторождение) л-мезонов. Все фотоядерные реакции являются эндоэнергетическими (пороговыми),.

а величина пороговой энергии фотона равна энергии связи частиц, которые испускаются при поглощении фотона ядром. Для большинства ядер пороговые энергии реакций (у, п), (у, 2п), (у, р), (у, пр) заключены в пределах (6−14) МэВ.

Сечение фотоядерных реакций невелико (единицы, десятки милибарн) и составляет малую часть полного сечения взаимодействия фотонов с атомами вещества, поэтому этот процесс взаимодействия фотонов слабо влияет на ослабление их потока в веществе. Для целей защиты от излучений фотоядерные реакции важны лишь как процессы, связанные с образованием вторичных сильнопроникающих излучений (в основном нейтронов) и радиоактивных ядер.

Рис. 6.11. Сечение фотоядерной реакции ^wAu (y,/?)¹⁴⁶Au.

В области энергий фотонов, не превышающих нескольких десятков мегаэлектронвольт, основной вклад в выход нейтронов (фотонейтронов) дает фотоядерная (фотонейтронная) реакция (у, л). Пороговая энергия фотона в этой реакции соответствует энергии связи нейтрона в ядре, которая для большинства ядер равна (6−8) МэВ. Исключение составляют ² D и ⁹ Be, для которых пороговые энергии в реакции (у, л) достаточно малы (2,23 и 1,66 МэВ соответственно). Выход нейтронов за счет других реакций, например (у, 2л), (у, пр),

(у, 3и), менее вероятен, так как для этого необходимы энергии выше двухтрех энергий связи нейтрона в ядре. Для легких и средних ядер выходом нейтронов за счет этих реакций можно пренебречь, однако для тяжелых ядер, в которых энергия связи на нуклон меньше, вклад в выход нейтронов от реакции (у, 2п) может достигать 30%.

Таблица 6.2.

Данные о фотонейтронных реакциях [15]

Сечение фотоядерной реакции (у, п) с увеличением энергии фотона быстро возрастает, достигая максимума у легких ядер в области энергий примерно 22 МэВ, у тяжелых — при энергиях около 13 МэВ, а затем резко падает. Особенностью зависимости сечения этой реакций от энергии фотона является наличие большого максимума с шириной порядка (4−8) МэВ, который называют гигантским резонансом. На рис. 6.11 приведен пример поведения сечения фотоядерной реакции в области гигантского резонанса.

В табл. 6.2 приведены данные по фотонейтронным реакциям для некоторых элементов. Здесь указаны пороговые энергии реакций Е_пор, максимальные значения микроскопических сечений реакции с_у«* и энергии фотонов, при которых сечение фотонейтронной реакции имеет максимум Е_т .

Фотоядерные реакции с образованием нейтронов необходимо учитывать при расчете защиты от высокоэнергетического фотонного излучения ядернотехнических установок. Например, нейтроны, образованные фотонами в области гигантского резонанса, в основном определяют параметры защиты на ускорителях электронов с энергиями от 16 до 100 МэВ. Кроме этого, высокоэнергетическис фотоны, за счет фотоядерных реакций, могут образовывать нейтроны в воздухе помещения ускорителя, а фотонейтроны создавать наведенную активность в элементах конструкции, экспериментальном оборудовании и вносить существенный вклад в утечку излучения через различные каналы.