¿Por qué la reacción nuclear 3He(n,p)3H procede pero la 3He(n,gamma)4He está fuertemente suprimida?

Question

La reacción de captura de neutrones 3He(n,p)3H es muy útil para la detección de neutrones ya que el valor Q de ~700keV se convierte en energías cinéticas en los p y 3H producidos. Estos productos cargados pueden entonces ionizar el gas mezclado con el 3He en una cámara de gas y luego ser detectados. La sección transversal para esta reacción es masiva en ~kilobarns para neutrones térmicos (~2000m/s).

Mi pregunta es: ¿por qué la reacción 3He(n,gamma)4He no ocurre muy a menudo? ¡El valor Q para esto es de ~20MeV! Esto se debe a que el núcleo de 4He está muy unido. Una rápida búsqueda en la literatura sitúa la sección transversal en ~microbarras.

¿Me estoy perdiendo algo? ¿Hay alguna regla de selección que desconozco?

Answer 1

Es porque el estado excitado de menor energía en $^4$ Está a 20,2 MeV y tiene paridad de espín $0^+$ . (Creo que este enlace selecciona $^4$ El de la tabla de isótopos; haga clic en "lista de niveles" o "esquema de niveles"). A $0^+\to0^+$ transición no puede emitir un fotón, porque el fotón debe arrastrar una unidad de momento angular. Ese estado es lo suficientemente amplio como para solaparse con la energía de un $^3$ He y neutrón en reposo.

Se consigue el mismo tipo de efecto en $^6$ Li(n, $\alpha$ ) $^3$ H. (Aunque esta noche no encuentro una excitación asociada en $^7$ Li, grrr.) Por esta razón, el litio enriquecido también se utiliza para dopar los centelleadores para la detección de neutrones o para el blindaje de neutrones cuando es importante tener un fondo gamma bajo.

Todos los núcleos más pesados tienen transiciones internas y emiten entre 1 y 10 MeV de fotones tras la captura de neutrones. Normalmente los fotones proceden de una cascada de transiciones internas y no tienen nada parecido a un espectro de líneas.

El $^3$ El núcleo de He tiene un momento magnético bastante grande y puede captar un espín nuclear de un vapor alcalino polarizado por electrones, como el rubidio o el potasio bombeados ópticamente. Dado que el $^3$ La captura de He+n pasa por un $0^+$ estado, polarizado $^3$ Preferirá absorber un estado de espín del neutrón. Este es un método común para polarizar haces de neutrones térmicos o fríos.