유도 감마 방출

Induced gamma emission

물리학에서 유도 감마선 방출(IGE)은 흥분된 핵에서 감마선을 형광선으로 방출하는 과정을 말하며, 대개 특정이성질체를 포함한다. 기존의 형광과 유사하며, 원자나 분자에 흥분된 전자에 의한 광자(빛의 단위)의 방출로 정의된다. IGE의 경우, 핵 이소머는 핵 형광 물질로 사용될 수 있을 만큼 오랫동안 상당한 양의 흥분 에너지를 저장할 수 있다. 800개 이상의 알려진 핵등가들이[1] 있지만 거의 모든 것이 너무 본질적으로 방사능에 노출되어 있어서 응용에 고려될 수 없다. 2006년 현재 안전한 배치에서 IGE 형광을 물리적으로 수행할 수 있는 것으로[citation needed] 보이는 두 개의 제안된 핵 이성질체가 있었다: 탄탈룸-180m하프늄-178m2이다.

역사

IGE의 IGE 인의 IGE. 화살표는 광자, 흡수, 방출이다. 수평선은 IGE에 관여된 In의 흥분된 상태를 나타낸다.

유도 감마 방출은 핵물리학 및 양자 전자공학에 관한 학제간 연구의 한 예다. 핵반응으로 볼 때, 그것은 오직 광자만이 핵의 흥분 상태를 만들고 파괴하는 것에 관여하는 등급에 속할 것이다. 그것은 전통적인 토론에서 보통 간과되는 수업이다. 1939년 폰테코르보와 라자드는[2] 이런 유형의 반응의 첫 번째 예를 보고했다. 인듐이 대상이었고 핵반응을 기술하는 현대 용어로는 In(Indium, protective')115mIn이라고 쓰여 있을 것이다. 핵종은 핵 이성질체로서의 자격을 갖기에 충분한 반수명(이 경우 4.5시간)을 가지고 있음을 나타내는 "m"을 지니고 있다. 그것이 1939년에 이 실험을 가능하게 한 것이다. 왜냐하면 연구자들은 조사 환경에서 제품을 제거하고 더 적절한 장소에서 그것들을 연구할 시간이 있었기 때문이다.

발사체 광자로는 입사 광자 X선 또는 감마가 대상 핵의 초기 상태와 스핀과 같은 양자 특성 면에서 크게 다르지 않은 일부 흥분 상태 사이의 에너지 차이에 정밀하게 대응하는 에너지를 가져야 탄력과 에너지를 보존할 수 있다. 문턱 거동이 없고 입사 발사체가 사라지고 그 에너지가 대상핵의 내부 흥분으로 전달된다. 그것은 핵반응에서는 드물지만 원자 수준에서 형광의 배설에서는 정상인 공명 과정이다. 1988년이 되어서야 비로소 이러한 유형의 반응의 공명적 성질이 마침내 증명되었다.[3] 그러한 공명 반응은 원자 형광의 형식에 의해 더 쉽게 설명되며, 추가적인 발전은 IGE의 학제간 접근에 의해 촉진되었다.

목표물이 핵 이성질체일 때 IGE 실험에서는 개념적 차이가 거의 없다. X가 위에 열거된 5개의 후보 중 하나인 X(X')X와 같은 반응은 제품 핵종이 반응 후 진입할 수 있는 에너지 상태가 처음보다 낮기 때문에 다를 뿐이다. 실제적인 어려움은 실험에 충분한 양의 핵 이소머의 자발적 방사능 붕괴로부터 안전을 보장할 필요성에서 발생한다. 수명은 목표물의 자발적 붕괴에 따른 선량이 항상 안전 한계 내에 유지될 정도로 충분히 길어야 한다. 1988년에 콜린스와 동료들은[4] IGE가 핵 이성질체로부터 처음으로 흥분되었다고 보고했다. 그들은 외부 빔 방사선 치료용 리낙에 의해 생성된 x-ray로 핵 이소머 탄탈룸-180m의 형광을 흥분시켰다. 그 결과는 놀라웠고, 목표물에 흥분한 공명 상태가 확인되기 전까지는 논란의 여지가 있는 것으로 간주되었다.[5]

특색 있는 기능

  • 입사 광자가 대상핵의 초기 상태에 의해 흡수되면, 그 핵은 더욱 활기찬 흥분 상태로 상승될 것이다. 만약 그 상태가 초기 상태로 다시 전환되는 동안에만 에너지를 방출할 수 있다면, 그 결과는 도식화된 그림에서 볼 수 있는 산란 과정이다. 그것은 IGE의 예가 아니다.
  • 입사 광자가 대상핵의 초기 상태에 의해 흡수되면, 그 핵은 더욱 활기찬 흥분 상태로 상승될 것이다. 때로는 그 상태가 개략도에 나타난 것처럼 계단식 전환을 시작할 가능성이 0이 아닌 경우, 그 상태를 "게이트웨이 상태" 또는 "트리거 수준" 또는 "중간 상태"라고 부른다. 하나 이상의 형광 광자가 방출되는데, 종종 초기 흡수 후 지연이 다르며 그 과정이 IGE의 예다.
  • 대상 핵의 초기 상태가 지상(최저 에너지) 상태라면 형광 광자는 입사 광자의 그것(도식도 그림에서 보는 바와 같이)보다 에너지가 적을 것이다. 산란 채널은 일반적으로 가장 강력하므로, 검출기가 게이트된 상태에서 입사 광자의 소스를 펄스한 다음 계측기를 안전하게 돌릴 수 있을 때 지연된 형광 광자에 집중함으로써 IGE를 연구하기 위해 사용되는 계측기와 초기 실험을 "맹목"할 수 있다. 뒤로 물러서다
  • 대상핵의 초기 상태가 (지상보다 더 많은 에너지로 시작) 핵 등소체라면 IGE도 지원할 수 있다. 그러나 그 경우 도식도는 단순히 인 위원장에 대해 본 예시가 아니라 화살을 반대로 돌린 상태에서 오른쪽에서 왼쪽으로 읽는 것이다. 그러한 "반복"은 4시간 이등분자에서 "게이트웨이 상태"로 다시 이동하기 위해 서로 다른 에너지의 두 입사 광자를 동시에 (<0.25ns 이내) 흡수해야 한다. 보통 지반 상태에서 동일한 핵의 이성질체까지의 IGE 연구는 IGE의 초기 상태로 사용될 경우 동일한 이성질체가 어떻게 수행되는지에 대해 거의 가르치지 않는다. IGE를 지원하기 위해서는 자체적인 계단식 발사가 가능한 계통도에 표시되지 않은 일부 다른 게이트웨이 상태에 도달하는 데 필요한 에너지가 "일치"되는 사고 광자에 대한 에너지가 발견되어야 할 것이다.
  • 만약 대상이 상당한 양의 에너지를 저장하는 핵 이성질체라면 IGE는 입사 광자보다 더 많은 에너지로 광자를 방출하는 변환을 포함하는 폭포를 생성할 수 있다. 이것은 레이저 물리학에서 상향 변환의 핵 아날로그가 될 것이다.
  • 만약 대상이 상당한 양의 에너지를 저장하는 핵 이성질체라면 IGE는 한 쌍의 흥분된 상태를 통해 폭포수를 생성하여 그러한 핵의 집합에서 인구는 더 오래 사는 상위 수준에서 쌓이면서 더 짧은 생존의 하위 구성원에서 빠르게 비울 수 있다. 그 결과로 나타나는 인구 역전은 레이저 물리학에서 증폭된 자발적 방출(ASE)과 유사한 어떤 형태의 일관성 있는 배출물을 지원할 수 있다. 대상 이성질체 핵의 집합의 물리적 치수가 길고 얇다면 감마선 레이저의 형태가 나타날 수 있다.

잠재적 응용 프로그램

에너지별 선량계

지상 핵으로부터의 IGE는 쉽게 계산되는 지연 형광 광자를 생성하기 위해 매우 특정한 광자 에너지의 흡수를 요구하기 때문에, 여러 다른 핵종을 결합하여 에너지 고유의 선량계를 구성할 가능성이 있다. 이는 DNA-PITON 펄스 핵 시뮬레이터의 방사선 스펙트럼 교정을 위해 입증되었다[6]. 그러한 선량계는 X선 빔이 많은 에너지를 포함할 수 있는 방사선 치료에 유용할 수 있다. 서로 다른 에너지의 광자가 치료 중인 조직의 서로 다른 깊이에 영향을 축적하기 때문에, 총 선량의 어느 정도가 실제 목표 부피에 축적되는지를 보정하는 데 도움이 될 수 있다.

항공기 동력

하프늄 결정 막대

2003년 2월, 비평가들은 핵 추진에 관한 변종인 IGE 추진 비행기의 가능성에 대해 썼다.[7] 제트 추진용 챔버에서 공기를 가열하는 감마선을 방출하기 위해 촉발될 Hf(아마도 에너지 대 중량 비율이 높기 때문에)를 활용하자는 것이었다. 전원은 뉴사이언티스트 기사에만 이 이름이 존재하는지 확실하지는 않지만 "양자 핵 원자로"로 설명된다.

핵무기

IGE 분야 전체를 그렇게 논쟁거리로 만든 것은 부분적으로 이러한 이론적 밀도 때문이다. 저장된 모든 에너지가 "버스트"로 매우 빠르게 방출될 수 있도록 재료가 구성될 수 있다는 제안이 제기되었다. 감마스의 에너지 방출 가능성만으로도 IGE는 자체로 "폭발성" 가능성이 있는 고출력 또는 잠재적 방사선 무기가 될 수 있다.

핵융합 폭탄 점화

이 반응에서 생성된 감마의 밀도는 핵융합 폭탄핵융합 연료를 압축하는 데 사용될 수 있을 정도로 충분히 높을 것이다. 만약 이것이 사실로 밝혀지면, 핵융합 폭탄은 내부에 핵분열 물질이 없는 핵융합 폭탄(즉, 순수한 핵융합 무기)을 만들 수 있을 것이다; 그것은 핵분열 물질의 통제와 핵 확산을 막기 위한 대부분의 기초가 되는 수단이다.

참고 항목

참조

  1. ^ "Table of Isotopes". Archived from the original on 2006-02-05. Retrieved 2006-09-01.
  2. ^ B. Pontecorvo; A. Lazard (1939). "Isomérie nucléaire produite par les rayons X du spectre continu". C. R. Acad. Sci. 208 (2): 99–101.
  3. ^ C. B. Collins; J. A. Anderson; Y. Paiss; C. D. Eberhard; R. J. Peterson; W. L. Hodge (1988). "Activation of 115Inm by single pulses of intense bremsstrahlung". Phys. Rev. C. 38 (4): 1852–1856. Bibcode:1988PhRvC..38.1852C. doi:10.1103/PhysRevC.38.1852. PMID 9954995.
  4. ^ C. B. Collins; C. D. Eberhard; J. W. Glesener; J. A. Anderson (1988). "Depopulation of the isomeric state 180Tam by the reaction 180Tam(γ,γ′)180Ta". Phys. Rev. C. 37 (5): 2267. Bibcode:1988PhRvC..37.2267C. doi:10.1103/PhysRevC.37.2267. PMID 9954706.
  5. ^ C. B. Collins; J. J. Carroll; T. W. Sinor; M. J. Byrd; D. G. Richmond; K. N. Taylor; M. Huber; N. Huxel; P. v. Neumann-Cosle; A. Richter; C. Spieler; W. Ziegler (1990). "Resonant excitation of the reaction 180Tam(γ,γ')180Ta". Phys. Rev. C. 42 (5): 1813. Bibcode:1990PhRvC..42.1813C. doi:10.1103/PhysRevC.42.R1813. PMID 9966920.
  6. ^ J. A. Anderson; C. B. Collins (1988). "Calibration of pulsed x-ray spectra". Rev Sci Instrum. 59 (3): 414. Bibcode:1988RScI...59..414A. doi:10.1063/1.1140219.
  7. ^ 도면상 원자력 드론 항공기 - 2003년 2월 19일 - 뉴 사이언티스트

문학

외부 링크