轻核俘获快中子产生的核衰变

威廉·德雷珀·哈金斯等

编者按

在观察到由中子引发的核衰变之后，人们猜测这样的反应可能会存在于太阳和其他恒星之中。在本文中，威廉·德雷珀·哈金斯和他的同事们报告了氮及其他原子核在高能中子诱发下产生的衰变。他们发现入射中子必定有一个能量阈值，这个能量转化为反应产物粒子的质量增加。对于氮来说，这一阈值等价于粒子处于气体平均温度约为1010 K时的能量。在太阳所处的温度下，气体中有一小部分粒子可以达到这样的速度，这说明恒星中的轻原子可能确实经历了这样的核衰变过程。ft　　英文

观察中子穿过威尔逊云室所得到的照片，在3,200对氖核照片中得到了大约13次核衰变，而在7,600对氮核照片中则大概得到了100次核衰变。中子源是由铍粉末与新钍和钍–X的混合物充分研磨而成。平均而言，所使用的中子源在用氖进行实验时比用氮进行实验时强。如果考虑到所有的因素，我们就会发现当云室中的氖和氮具有相同的原子浓度时，氖核的衰变数通常会显著地少于氮核的衰变数。ft　　英文

我们已经知道能使轻核发生衰变的中子的平均能量，若以百万电子伏特计，对于氮是5.8，对于氧是7.0，对于氖则是11.6。上述关于氧的数值是从费瑟的研究成果中得到的。质量数据表明：如果假定中子的质量等于查德威克给出的数值1.0067——这个值有可能偏高，那么供给反应产物粒子的质量增加所需的能量也恰好按这个顺序增加，分别为－1.4×106，0和+2×106电子伏特。显然，假定的中子质量大小并不影响能量之间的差值。ft　　英文

在由氢和碳组成的乙烯气体中，我们从3,200对云室照片中得到了3次衰变。如果碳（12）通过捕获中子而发生了衰变，则其反应为：

C12 + n1 → C13 → Be9 + He4

12.0036 + 1.0067 → 9.0155 + 4.00216

也就是说，如果我们采用的中子质量是正确的，则Δm=0.0074，相当于6.9×106电子伏特。ft　　英文

这对应于3.6×109 cm/s的速度，所以只有速度超过这个值的中子才能有效地使质量为12的碳发生核衰变。所以我们就可以理解为什么碳的衰变率比较低了，因为很可能只有不到五分之一的中子具有高于这个值的速度。ft　　英文

一个至今没有出现过例外情况的、值得注意的关系是：在俘获中子的核衰变过程中，动能几乎总是在减少，有时候会保持恒定，但绝不会增加。ft　　英文

哈金斯以前曾指出：反应中消失的能量值就是由该能量转变成的γ射线的确切能量值，但是目前该项实验的精确度还不足以证明这种说法是正确的。ft　　英文

我们也许可以假设恒星中的中子被原子核散射，因而参与了原子速度的温度分布。如果具有较高速度的中子比具有较低速度的中子更容易被俘获，那么上述分布情况就会受到影响。我们的实验没有给出与未引起核衰变的中子俘获相关的信息，而只涉及了那些伴随着核衰变的俘获现象。ft　　英文

与此相关，我们有兴趣了解目前已发现的能导致核衰变的中子所具有的最小能量。以百万电子伏特计，该值对于氮是1.9，对于氖是7.8。与两者对应的最大值分别为16.0和14.5，氖的最大值偏低是因为在这种气体中得到的核衰变数较少。当平均温度的数量级达到1010度时，对应的能量值为1.9×106，不过在108度时就会有相当数量的中子具有这一能量，甚至在107度时就会有一些，所以假定在恒星中氮核可以通过这一过程实现核衰变没有什么不合理。ft　　英文

哈金斯于6月23日在芝加哥世纪进步博览会主办的关于核衰变的研讨会上介绍了该项研究中的一部分内容。考克饶夫、劳伦斯和图夫宣读了另外一些论文，对理论进行全面阐述的则是玻尔。ft　　英文

（王耀杨　翻译；朱永生　审稿）