² Fermi, Amaldi. La Ricercio Scientifica, 1935, A6, 544; Szilard. Nature, 1935, 136, 849; Frisch, Hevesy, McKay. Nature, 1936, 137, 149.

¹ R. Frisсh, G. Рlасzеk. Nature, 1936, 137, 357.

На основании этой небольшой ширины уровней энергии составной системы, получающейся при захвате медленного нейтрона, мы приходим на основе простых статистических соображений для случаев селективного захвата у тяжёлых элементов к значению около десяти вольт для расстояния между соседними энергетическими уровнями возбуждения, с которыми приходится иметь дело в этих явлениях. Это не только находится в полном согласии с выводами относительно большой плотности распределения энергетических уровней ядра, находящегося в состоянии высокого возбуждения, к чему мы пришли, обсуждая неселективное поглощение быстрых нейтронов; исключительная резкость уровней, с которыми мы имеем дело в явлениях селективного нейтронного захвата, даёт также интереснейшее подтверждение нашим первоначальным предположениям относительно большего времени жизни промежуточных состояний при нейтронных столкновениях. Действительно, близкое расположение уровней в составной системе поразительным образом подтверждает крайне малую величину вероятности ядерных переходов с излучением и ведёт к значению времени соударения между быстрым нейтроном и ядром, в миллион раз превышающему интервал времени простого прохождения нейтрона сквозь ядро.

Отсутствие селективности при захвате быстрых нейтронов, строго говоря, относится только к вероятности захвата нейтрона ядром и вылету из него материальной частицы. Детальный механизм этих явлений должен, однако, существенно зависеть от системы уровней образующегося ядра. В самом деле, после столкновения эта система должна находиться в каком-то устойчивом состоянии, и если кинетическая энергия падающего нейтрона не слишком велика, все состояния, между которыми может быть сделан выбор, должны лежать в области обычных дискретных γ-уровней. Если поэтому кинетическая энергия нейтронов, внедряющихся в тяжёлое ядро, будет меньше самого низкого уровня этого ядра, энергия нейтрона, вылетающего из составной системы, должна с необходимостью равняться энергии падающего. Однако в случае соударения нейтрона с большей энергией, очевидно, имеется определённая вероятность, что ядро может остаться в возбуждённом состоянии после вылета нейтрона с соответственно меньшей энергией.

На самом деле вероятность процесса, происходящего таким путём, который предполагает меньшую концентрацию избыточной энергии составной системы на испускаемом нейтроне, часто может значительно превышать вероятность вылета нейтрона без возбуждения. По-видимому, имеются также экспериментальные доказательства ядерного возбуждения при соударениях с нейтронами, а именно — в наблюдениях потерь энергии быстрых нейтронов, пронизывающих вещества большого атомного веса ¹, где прямой обмен энергией между нейтронами и ядрами должен быть крайне мал.

¹ W. Ehrenberg. Nature, 1935, 136, 870.

Как уже упоминалось ранее, соударения между быстрыми нейтронами и ядрами элементов небольшого атомного номера должны в большинстве случаев вести к вылету α-частицы или протона. Мы можем заключить отсюда, а также и из значительного эффективного сечения этих соударений, что столкновение ведёт сначала к образованию полуустойчивой составной системы с непрерывным распределением уровней энергии. Несмотря на то что время жизни такой системы может быть гораздо меньше времени жизни γ-состояний в тяжёлых ядрах, мы должны всё же считать, что последующий вылет α-лучей или протонов требует отдельного процесса концентрации излишка энергии и что мы не можем прийти к определённым выводам из этих явлений относительно существования таких частиц в ядрах при нормальных условиях. Например, большую вероятность испускания α-частицы по сравнению с вылетом нейтрона из составной системы нужно, как уже указывалось, объяснять скорее сравнительно малой степенью концентрации энергии в первом процессе. Что касается испускания заряженных частиц, мы должны, конечно, также принять во внимание отталкивание их остатком ядра и, в частности, значительную трудность для заряженной частицы (по сравнению с незаряжённой с той же конечной кинетической энергией) проникнуть сквозь потенциальный барьер, окружающий ядро.

Как уже неоднократно указывалось, последнее обстоятельство приводит к простому объяснению не только быстрого убывания выхода α-частиц и протонов в результате захвата быстрых нейтронов с возрастанием заряда ядра, но также уменьшения с увеличением энергии нейтрона отношения вероятностей вылета этих двух типов заряженных частиц. Вероятность того, что ядро может находиться после вылета этих частиц в нормальном или в возбуждённом состоянии, зависит и в том и в другом случае от распределения уровней энергии конечной системы, — более разделённых для лёгких ядер, — а также от соотношения между большей лёгкостью для быстрых частиц проникнуть сквозь потенциальный барьер ядра, с одной стороны, и необходимостью большей концентрации энергии в первом случае по сравнению с последним, с другой. Подобные же рассуждения можно приложить к деталям обычного α-распада, как, например, к слабым группам длиннопробежных α-частиц и к тонкой структуре наиболее интенсивных линий α-лучей.

В случае ядерного превращения, вызываемого захватом заряженных частиц, так же как и для расщепления ядер γ-квантами, образование промежуточной полуустойчивой составной системы, по-видимому, имеет решающее значение для объяснения большого разнообразия явлений. Кроме типичных неселективных эффектов вроде испускания нейтрона или протона быстрыми α-частицами мы встречаемся, как известно, с эффектом явно выраженного резонанса при захвате медленных α-частиц, так же как и в явлениях захвата лёгкими ядрами искусственно ускоренных протонов. Вследствие очень небольшой продолжительности жизни промежуточного состояния степень резонанса в этом случае, однако, значительно меньше, чем в случае селективного захвата нейтронов тяжёлыми ядрами. В связи с этим, быть может, следует заметить, что такие выражения, как «уровни α-частиц» или «уровни протонов», — выражения, обычно применяемые при рассмотрении этих эффектов и основанные на приписывании возбуждения отдельным ядерным частицам, теряют всякий смысл, если смотреть на ядерное возбуждение с точки зрения, принятой нами. Действительно, существенной чертой ядерных реакций, возбуждаемых при соударениях или поглощении излучения, можно считать свободную конкуренцию между всеми различными возможными процессами освобождения материальных частиц или переходов с излучением, которые могут происходить в составной системе, находящейся в полуустойчивом состоянии.

Подробное обсуждение с этой точки зрения существующих эмпирических данных относительно спонтанных и индуцированных превращений ядра будет вскоре опубликовано мною совместно с Ф. Калькаром ¹, который, оказал мне большую помощь при выводе следствий из развитой здесь общей концепции. Затем мы обсудим также ограничение этих представлений, в случае очень лёгких ядер вроде дейтерия, где разделение между механизмом накопления энергии в ядре и механизмом освобождения частиц, так резко выраженное для реакций с тяжёлыми ядрами, постепенно, теряет своё значение. Здесь, однако, я должен ещё кратко указать, что в изложенных выше рассуждениях можно ожидать видоизменений даже для тяжёлых ядер, если энергия промежуточной системы намного превышает энергию нормального состояния.

¹ N. Bohr, F. Kalckar. Kgl. Dan. Vid. Selsk, Math.-Fys. Medd., 1937, 14, № 10 (статья 48).

Если бы мы могли производить опыты с нейтронами и протонами с энергиями, превышающими 100 Мэв, мы должны были бы ожидать, что избыток энергии этих частиц, когда они проникают в ядро не очень малой массы, должен прежде всего распределиться между частицами ядра так, что освобождение любой из них неизбежно вызывало бы последующую концентрацию энергии. Вместо обычного течения ядерной реакции мы можем в этом случае ожидать, что не одна, а несколько заряженных или незаряжённых частиц могут покинуть ядро в результате соударения. Для ещё более сильного соударения с захватом частицы, обладающей энергией в 1000 Мэв, мы должны быть готовыми к тому, что столкновение может привести к взрыву всего ядра. Такие энергии в настоящее время, конечно, находятся далеко за пределами возможностей эксперимента, и нет необходимости подчёркивать, что подобные эффекты едва ли могут приблизить нас к решению так многократно обсуждавшихся проблем использования ядерной энергии в практических целях. К сожалению, чем обширнее становятся наши сведения о ядерных реакциях, тем отдалённее представляется достижение этой цели.