Атомная отдача является результатом взаимодействия атома с энергичной элементарной частицей , когда импульс взаимодействующей частицы передается атому в целом без изменения нетрансляционных степеней свободы атома. Это чисто квантовое явление. Атомная отдача была открыта Харриет Брукс , первой канадской женщиной-физиком-ядерщиком.
С отдачей атома тесно связаны отдача электронов (см. Фотовозбуждение и фотоионизация ) и отдача ядер , при которых импульс передается ядру атома в целом. Ядерная отдача может вызвать смещение ядра из его нормального положения в кристаллической решетке, что может привести к тому, что дочерний атом станет более восприимчивым к растворению. Это приводит, например, к увеличению отношения 234 U к 238 U в определенных случаях, что может быть использовано при датировании (см. Уран-ториевое датирование ). [1] [2]
В некоторых случаях квантовые эффекты могут запрещать передачу импульса отдельному ядру, и импульс передается кристаллической решетке в целом (см. Эффект Мессбауэра ).
Давайте рассмотрим атом или ядро, которое испускает частицу ( протон , нейтрон , альфа-частицу , нейтрино или гамма-луч ). В простейшей ситуации ядро отскакивает с тем же импульсом p, что и частица. Полная энергия «дочернего» ядра в дальнейшем составит
тогда как у испускаемой частицы
где и - массы покоя дочернего ядра и частицы соответственно. Их сумма должна равняться энергии покоя исходного ядра:
или же
Квадрат с обеих сторон дает:
или же
Снова возведение обеих сторон в квадрат дает:
или же
или же
Обратите внимание, что это энергия, выделяемая при распаде, которую мы можем обозначить .
Точно так же кинетическая энергия, передаваемая дочернему ядру, равна:
Когда испускаемая частица представляет собой протон, нейтрон или альфа-частицу, доля энергии распада, идущая к частице, приблизительно равна, а доля, идущая к дочернему ядру [3]
Для нейтрино и гамма-лучей, вылетающая частица получает почти всю энергию , доля, идущая в дочернее ядро, составляет только
Скорость испускаемой частицы определяется делением на полную энергию:
Точно так же скорость отскакивающего ядра равна:
Что касается нейтрино и гамма-лучей, это упрощается до:
Для аналогичных энергий распада отдача от испускания альфа-луча будет намного больше, чем отдача от испускания нейтрино (при захвате электрона ) или гамма-луча.
^ Артур Beiser (2003). «Глава 12: Ядерные преобразования». Концепции современной физики (PDF) (6-е изд.). Макгроу-Хилл. С. 432–434. ISBN 0-07-244848-2. Архивировано из оригинального (PDF) 04.10.2016 . Проверено 3 июля 2016 .