12.9. Кулоновский взрыв

Многократная ионизация кластера вызывает его нестабильность, что приводит к очень быстрой высокоэнергетичной диссоциации на составные части или, проще говоря, взрыву. При этом скорость разлета фрагментов в данном процессе может быть очень высока. Такое явление называется кулоновским взрывом. В чем же суть этого процесса?

Многократная ионизация кластера вызывает быстрое перераспределение зарядов на его атомах, заставляющая каждый атом становиться более положительно заряженным. Если энергия электростатического отталкивания между атомами становится больше энергии связи, то такие атомы быстро разлетаются друг от друга с большими скоростями. При этом минимальное количество атомов N, необходимое для стабильности кластера Q, зависит от типа атомов и природы связи между атомами кластера.

В табл. 12.2 рассматриваются кластеры из атомов Kr, Xе, Si, Au. Видно, что большие кластеры легче стабилизируются при высоких стeпенях ионизации. Кластеры инертных газов в среднем больше, так как составляющие их атомы имеют замкнутые оболочки и связываются на много более слабыми силами (силами Ван-дер-Ваальса). Вообще говоря, силы электростатического отталкивания могут превзойти силы притяжения между атомами кластеров в том случае, если кластер получит заряд в результате фотоионизации.

Таблица 12.2

В качестве наиболее яркого примера кулоновского взрыва можно привести слияние ядер в дейтериевом кластере, облученном фемптосекундным лазерным импульсом (~10^-15с). Фрагменты диссоциации дейтериевого кластера приобретают энергию до одного миллиона электрон-вольт (МэВ). При соударении дейтериевых фрагментов их энергия вполне достаточна для инициации термоядерной реакции

D + D → ³He + n + 2.54 МэВ. (12.5)

Как видно из (12.5), в результате реакции высвобождается нейтрон с энергией 2.54 МэВ. Признаком, по которому может быть обнаружена данная реакция, является детектирование таких нейтронов сцинтилляционным детектором.