化学反应中存在司空见惯的大量可逆反应。例如氨的合成:
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
究其正反能量差只不过区区个位数eV而已,适当控制物理条件很容易实现。
然而在核反应领域,能量交易都在MeV数量级,可逆反应恐怕尚无人知晓。
实践出真知。左寻右觅,我竟找出这么一个特例。
37Rb87 ⇌ 38Sr87
正常情况下,碱土元素同位素铷87,经β-衰变为锶,那是自然天成,只不过要等天荒地老的半命时间:4.924*1010年!比地球年龄还多出1个数量级。
37Rb87 -〉 38Sr87 + 282.2 keV(释能)
这么长的半命并不奇怪,因为考察自旋-宇称(Jπ)的情况,就会发现自旋量子数反应前后变化为4,而且宇称还不守恒:1/2- -〉9/2+。显然属于3类禁止范畴。
但凑巧的是Sr-87存在一个低能级的Yrast,或等质异能(Isomer)的激发态:388.5keV。且自旋-宇称1/2-刚好与Rb-87基态相同,且能级高于正向衰变落差,更要命的是此态的γ衰变半命还长达2.815小时。这一切的一切导致可逆核反应有了存在的可能性!
Johnson等人的实验观测果然应证了这一可能性,尽管相对γ衰变而言,概率仅有0.3%。
该核逆向反应(电子捕捉核衰变βec):
38Sr87m -〉 37Rb87 (吸能106.3keV)
能级跃迁较小时(keV数量级),能量交换一般以内部核-壳电子转换的方式进行,也称虚光子K或L层电子抛射。
注意上式中激发态的38Sr87m,是在基态38Sr87吸能388.5keV后获得,因而平衡后的逆反应是吸能= 388.5 - 282.2 = 106.3keV的反应,不能自发进行。
非可逆反应时,激发态退激γ衰变分支概率99.7%,发出的光子自旋角动量为ℏ,而轨道角动量为3ℏ,为强螺旋偏振光子。怪不得要酝酿磨蹭近3小时才射出此光子!
其实,本例称可逆核β衰变更贴切。
仅此一例,足可证明可逆核反应在特定情况下是可能发生的,尽管此处概率很低。
参考文献:Nuclear Data Sheets 129, 1 (2015) by T.D. Johnson and W.D. Kulp
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自魏焱明科学网博客。
链接地址:https://wap.sciencenet.cn/blog-2339914-958175.html?mobile=1
收藏