Характерный масштаб времен для начала ядерных реакций — доли зептосекунды, а вот все последующие процессы могут затянуться, и иногда — надолго. На рисунке показан процесс захвата нейтрона тяжелым ядром и его последствия. Этот процесс используется в нейтронно-активационном анализе для изотопной диагностики вещества. Изображение с сайта nmi3.eu
В предыдущих сюжетах нас уже выработался универсальный подход к оценке времен самых разнообразных явлений: сначала мы оцениваем длительность элементарного шага, характерного для этого круга процессов, а потом выясняем, какие могут быть препятствия. Этот же принцип мы применим и к ядерным явлениям: распадам ядер и ядерным реакциям.
Для того, чтобы почувствовать масштаб ядерных времен, начнем с самой простой оценки. Атомные ядра имеют размер несколько фемтометров (1 фм = 10−15 м) и состоят из протонов и нейтронов. Но как всякая микроскопическая система, ядро подчиняется квантовым законам, так что протоны и нейтроны в нём не просто сидят, а движутся туда-сюда. Типичная скорость их движения внутри ядра — одна десятая от скорости света. Взяв для примера среднее ядро размером 3 фм, мы получим оценку для типичного ядерного времени:
|
Итак, десятые доли зептосекунды — это своеобразная «ядерная секунда», естественная «тактовая частота» жизни атомных ядер.
Если взять тяжелое и очень нестабильное ядро, которое готово тут же развалиться на ядра поменьше, то этот развал происходит примерно за несколько отсчетов «ядерного хронометра». Замедлиться этот процесс может, только если существуют какие-то сдерживающие силы, какие-то причины, мешающие моментальному распаду ядра. И вот тогда, в зависимости от того, насколько эффективны эти сдерживающие силы, время жизни нестабильного ядра может возрасти не только в разы, и не только на порядки, но даже и на несколько десятков (!) порядков.
Альфа-распад Возбужденные атомы. Водородная линия 21 см