
книги из ГПНТБ / Каипов Д.К. Ядерный гамма-резонанс и атомные столкновения
.pdfникель (резонансный рассеиватель) и металлическая медь (нерезонансный рассеиватель) размером 2 4 X 2 4 X 1 * 2 см и 2 4 X 2 4 X 1 см соответственно. Схема проведения экспе римента следующая:
Операция |
Длительность, |
|
мин |
Облучение изотопа |
30 |
Измерение фона |
22 |
Измерения с нерезонансным рас- |
|
сеивателем |
11 |
Измерения прямого пучка |
13,6 |
Облучение изотопа |
30 |
Измерение фона |
22 |
Измерения с резонансным |
рас- |
сеивателем |
11 |
Измерения прямого пучка |
13,6 |
Результаты одной такой серии показаны на рисунке 37 и в таблице 7.
Таблица 7
|
|
ЯРР с металлическим кобальтовым источником |
|
|||||
Опера- |
| |
N |
|
|
(*Си>п.п |
Фон |
|
|
ция |
| |
Ni |
|
|
|
|
||
Номера |
| |
|
|
|
|
|
|
|
каналов |
26—34 |
3 4 - 4 2 |
2 6 - 3 4 |
3 4 - 4 2 |
2 6 - 3 4 |
0,00429 |
0,208 |
|
Суммар |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный счет |
|
5631 |
149602 |
5021 |
161071 |
4583 |
|
|
В итоге обработки экспериментальных данных_была получена величина сечения резонансного рассеяния а , к с п = = (2,6±0,6) - Ю - 2 8 см2.
Как видно из графика (рис. 36), этому значению о от-
о
вечает параметр торможения L = (2,2 ±0,6) А . Такое ха рактерно малое значение величины L соответствует и не-
о
большому межъядерному расстоянию Дм /я=2,506 А для гексагональной кристаллической решетки металлического тсобальта.
Исследование торможения ядер отдачи в ванадиевом источнике [123]
Ванадий — элемент пятой побочной подгруппы. Он имеет кубическую объемноцентрированную решетку с
о
межъядерным расстоянием Д м / Я , равным 2,622 А .
I
I
Рис. |
|
37. |
Рассеяние |
|
|
|
1330 |
|
кэв v-квантов с |
|
|
|
|
металлическим источни |
|
|
|
|||
ком |
6 0 Со: |
1 — с резо |
|
|
|
|
нансным рассеивателем; |
|
|
|
|||
2 — с |
нерезонансным |
|
|
|
||
|
рассеивателем. |
щ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
30 |
кО tit какало |
После |3-распада 5 2 V ядра отдачи 5 2 Сг получают макси мальную энергию 99 эв и в процессе торможения в метал
лической |
матрице |
источника |
|
высвечивают |
резонанс |
|||
ные у-кванты с потерей энергии на отдачу |
|
|||||||
/2Мс2 = 21 |
эв. |
Схема |
рас |
|
|
|
||
пада 5 2 V |
приведена |
на |
|
52 |
|
|||
рисунке 38. В этом |
слу |
V |
|
|||||
чае, как и для кобальта, |
|
4 = 5, Вмин |
|
|||||
|
|
|
||||||
время жизни |
возбужден |
|
№'/с |
|
||||
ного уровня |
хорошо изу |
|
|
|||||
чено. Например, |
опреде |
|
|
мЛ |
||||
ленное методом |
«самопо |
|
|
|
||||
глощения» |
значение т = |
|
|
|
||||
= ( 8 ± 2 ) - 1 0 " 1 3 |
сек |
[56], |
|
|
|
|||
что вполне согласуется с |
|
|
|
|||||
величиной |
|
(7,5 ± |
1,3)- |
|
|
|
||
• Ю - 1 3 |
сек, |
|
приведенной |
|
|
|
||
позже |
Р. Б. Бегжановым |
|
|
|
||||
и др. [124]. |
|
|
|
|
|
|
||
Рис. |
38. Схема |
распада |
|
О* »>1>>))))1//>))>Ш |
ППШ |
5 2 у |
^ 5 2 С г - |
Исследование ядерного резонансного рассеяния на яд рах 5 2 Сг с использованием ванадиевого источника имеет ряд преимуществ: возможность получения больших ак тивностей (сечение активации 5 1 V тепловыми нейтронами равно 4,5 барн), широкая распространенность 5 1 V (99,76%)» стопроцентная вероятность распада Р(2600)у*(1430) и, на конец, высокое содержание изотопа 5 2 Сг (83,76%), служа
щего резонансным |
рассеивателем. |
|
При облучении |
1 г вещества в течение трех периодов |
|
полураспада была |
достигнута активность |
источников |
~ 5 кюри. На рисунке 39 показана хорошо |
разрешенная |
резонансная линия в спектре рассеянного излучения. Для резонансного рассеивателя применялось соединение СггОз,
весовое количество хрома в котором составляло 2392 г. |
||
В качестве |
нерезонансного |
|
рассеивателя был взят |
ти |
|
тан в виде окисла ТіОг. Оба |
||
соединения |
представляют |
|
собой порошок, которым за |
||
полнялись |
кассеты из |
орга |
нического |
стекла размером |
|
2 5 X 2 5 X 2 |
см. |
|
|
|
|
Идентичность |
рассеива- |
||||
|
|
|
телей в нерезонансных усло |
|||||
|
|
|
виях |
достигалась |
измене |
|||
|
|
|
нием |
количества |
засыпае |
|||
|
|
|
мого в кассету порошка. Пе |
|||||
|
|
|
риод полураспада 5 2 V равен |
|||||
|
|
|
3,77 мин, поэтому время об |
|||||
|
|
|
лучения |
было выбрано рав |
||||
|
|
|
ным |
11,5 мин. |
Измерения |
|||
|
|
|
проводились в |
том же по |
||||
го |
|
чо |
рядке, что и для |
кобальта. |
||||
л/,' |
канапа |
Сразу после доставки источ |
||||||
Рис. 39. Результаты измерения |
ника на место в эксперимен |
|||||||
тальной |
установке |
опреде |
||||||
рассеянного излучения (І) с резо |
лялось |
рассеяние |
с резо |
|||||
нансным и |
(2) |
нерезонансным |
||||||
рассеивателями |
для металличе |
нансным |
рассеивателем |
в |
||||
ского ванадиевого источника (од |
течение 5,5 мин, |
а затем со |
||||||
на серия). |
ответствующий |
прямой |
пу |
чок за 2'22". Те же измерения повторялись и с нерезонанс ным рассеивателем, для чего образец облучался повторно
Фон исследовался в то время, когда источник находился на облучении в зоне реактора. Величины непосредствен ных измерений счета приведены в таблице 8.
Таблица 8
Ядерное резонансное рассеяние с ванадиевым металлическим источником
Серия |
Операция |
|
(•^Сг^п.п |
NTi |
|
Nф |
1 |
Номера ка |
|
|
|
|
|
|
налов |
2 6 - 4 6 |
3 5 - 5 1 |
26—46 |
3 5 - 5 1 |
2 6 - 4 6 |
|
Суммарный |
|
|
|
|
|
|
счет |
10473 |
308557 |
3978 |
339054 |
2614 |
2 |
Номера ка |
|
|
|
|
|
|
налов |
2 5 - 4 5 |
3 5 - 5 1 |
2 5 - 4 5 |
3 5 - 5 1 |
2 5 - 4 5 |
|
Суммарный |
|
|
|
|
|
|
счет |
10284 |
297223 |
4108 |
339160 |
2647 |
В результате пятикратного повторения описанного цик |
||||||
ла была получена величина 2Vpe3/iV"n.n = |
(0,586±0,005)- |
|||||
•Ю-2 , |
что при |
значении й = |
3,34• 1(Г2 5 |
и N*s |
/N* = |
|
|
|
|
|
|
|
п |
= 0,8096 соответствует сечению ядерного у-резонансного
рассеяния |
б о к с п , |
равному (1,1 ± 0 , 3 ) - Ю - 2 7 см2. |
|||
Сравнение |
этой |
величи |
|||
ны с результатами |
расчетов |
||||
зависимости |
сечения |
Я Р Р |
|||
от параметра |
торможения |
||||
(рис. 40) дает |
значение |
L с 1.2 |
|||
учетом |
ошибки |
|
времени |
||
жизни первого уровня, рав |
|||||
ное (3,0±0,8) |
А . |
|
|
|
|
Исследование |
ядерного |
||||
у-резонансного рассеяния |
на 1780 кэв уровне 2 8 S i [125] |
|
|
|
4 |
5 LA |
||
Параметр |
торможения |
/ |
2 |
з |
|||
для металлов |
можно полу- |
Р и с - |
4 0 3 а в и с и |
м о с т ь с е Ч ениЯ |
ЯРР |
||
ЧИТЬ либо прямым |
измере- |
1460 гсэв у-квантов на 5 2 Сг |
от L |
||||
НИЄМ сечения ЯРР, |
как ЭТО |
Д л я |
конденсированного источника |
||||
было сделано для 6 0 Со и 5 2 V , либо относительными измере |
|||||||
ниями выходов у-резонансного рассеяния |
для |
металличе- |
б
Рис. 42. а — нример одной серии измерений рассеянного излучения с металлическим алюминиевым источником; б — величины прямых пучков. 1 — резонансное рассеяние на SiC-рассеивателе; 2 — рассея ние на нерезонансном А1-рассеивателе. Пунктирной линией обозна чено абсолютное значение резонансного выхода SiC—А1.
ских и жидких источников. Второй способ, если жидкие источники имеют достаточную активность, более надежен. В этом случае аїри теоретических сравнительных расчетах нет необходимости определять коэффициент К, характетеризующий геометрию эксперимента, и измерять отноше-
По экспериментальным данным (см. главу 4) был по строен график зависимости параметров торможения ядер отдачи от их атомного веса в водной среде (рис. 41). Ис пользуя эту кривую, теоретическую зависимость а от L для широкой области изменения L, а также отношение экспериментальных выходов Я Р Р для жидких и металли ческих источников, можно с достаточной точностью опре
делить L M e T • Именно |
таким |
образом обрабатывались |
экспериментальные |
данные |
при исследовании ядерного |
•у-резонансного рассеяния с металлическим 28 А1-источни- ком.
Схема проведения эксперимента и результаты измере ния выхода ЯРР с жидким источником 2 8 А1 подробно опи саны в главе 4.
При исследованиях с металлическим источником ни рассеиватели, ни порядок эксперимента не менялись. Ак тивность источника в этом случае была равна 5 кюри.
Пример одной серии измерений представлен на рисун ке 42. Численные результаты двух серий приведены в таб лице 9.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9 |
|
Результаты измерений рассеянного излучения на 2 8 S i |
||||||
|
|
с металлическим источником 2 8 A I |
|
||||
Серия |
Операция |
|
(*Si)n.„ |
|
(^Al)n . nl |
Фон |
|
1 |
Номера |
ка |
3 3 - 4 1 |
3 9 - 4 9 |
3 3 - 4 1 |
3 9 - 4 9 |
3 3 - 4 1 |
|
налов |
|
|
|
|
|
0,01924 |
|
Суммарный |
6277 |
162966 |
3121 |
161756 |
459 |
|
|
счет |
|
|
|
|
|
|
2 |
Номера |
ка |
3 3 - 4 1 |
3 9 - 4 9 |
3 3 - 4 1 |
3 9 - 4 9 |
3 3 - 4 1 |
|
налов |
|
|
|
|
|
0,01937 |
|
Суммарный |
6011 |
167773 |
2704 |
163565 |
450 |
|
|
счет |
|
|
|
|
|
|
Полученное |
отношение выходов для твердого и жидко |
|
го источников |
Рт(Ер)1Рж{Ер) |
= 0,68±0,053 соответствует |
значению L = (4,4 ±0,4) А для кубической гранецентрированной решетки алюминия с межъядерным расстоянием
2,863 А .
Резонансное рассеяние 1,594 Мэв у-квантов на ядрах 1 4 0 Се
Параметр торможения для металлического лантана, имеющего гексагональную структуру с межъядерным
о
расстоянием Д м / Я =3,73 А, мы определяли двумя мето дами. Первый заключался в измерении абсолютного сече ния ядерного ^-резонансного рассеяния с учетом всех геометрических факторов, а второй — в относительном из мерении выходов ЯРР для твердого и жидкого источников.
30 |
10 |
50 |
30 |
"0 |
50 |
У; |
канала |
|
V; |
капо па |
|
Рис. 43. Спектры рассеянных излучений для металлического (а) и жидкого (б) лантановых источников: 1 — с резонансным Се-рассеи- вателем; 2 — с нерезонансным Cd-рассеивателем; 3 — разность
счете Се—Cd.
Методика проведения эксперимента с изотопом 1 4 0 La уже описывалась в разделе исследований с жидкими источни ками. На рисунке 43 представлены спектры рассеянных
излучений для металлического с и жидкого б источников. Данные двух серий измерений для металлического ланта на приведены в таблице 10.
Серия 1
2
|
|
|
|
|
Таблица 10 |
||
Результаты измерений ЯРР на и о С е |
с металлическим |
|
|
||||
|
|
источником I 4 0 L a |
|
|
|
|
|
Операция |
й; |
fe; |
|
•а |
е |
|
fe; |
|
fe; |
|
|||||
|
|
|
|
в |
|
Б- |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
о |
-а |
«3 |
1 |
CD |
» |
4 |
|
о |
с |
щ |
|
|||
Номера |
3 2 - 4 2 3 2 - 4 2 3 6 , 5 - 4 4 , 5 |
ЙГ |
|
|
|
||
|
|
|
|
||||
каналов |
6505 |
4491 |
66026 |
2014 |
|
|
|
Суммарный |
0,0305 |
|
|
||||
счет |
|
|
|
|
|
0,362 |
|
Номера |
3 2 - 4 2 3 2 - 4 2 |
3 7 - 4 5 |
|
|
|||
|
|
|
|
||||
каналов |
|
4657 |
64612 |
1970 |
0,0278 |
|
|
Суммарный |
662Т |
|
|
||||
счет |
|
|
|
|
|
|
|
Из обработки пяти таких серий получено значение се
чения |
ЯРР |
стоксп |
= (1,4-Ю"2 6 ± |
0,3)-Ю-2 6 см2 |
при |
|
NpeJN* |
.„ |
ср |
=0,030 ±0,001 и i f =1,289. Сравнение вели |
|||
чины з Я К 0 П с |
о т е о р (рис.44) дает значение параметра тормо- |
|||||
|
|
|
о |
|
|
|
жения L = (7,0 ±1,4) А . Из относительно измеренных выхо |
||||||
дов PTI(EV)IPX(EP) |
= |
1,065±0,042 |
эта величина |
равна |
(7,5±0,3) А [125].
Таким образом, обе величины хорошо согласуются, что еще раз подтверждает правильность выбранной нами мо дели учета торможения медленных ядер отдачи в конден сированных средах.
Определение параметра торможения для металлического Rb [126]
Металлический рубидий представляет большой инте рес в связи с изучением торможения атомов в кристалли ческих решетках с большими межъядерными расстояния ми. Кубическая объемноцентрированная решетка Rb
о
характеризуется величиной R, равной 4,959 А , что значи-
7 - 1 |
97 |
тельно больше среднего расстояния молекул в воде
( - 2 , 9 А ) .
Схема распада 8 8 Rb-^-8 S Sr приводилась на рисунке 24. Энергии ядер отдачи, для которых наблюдается резонанс, заключены в пределах 41,4—102 эв. Как всякий ще лочноземельный элемент, Rb сильно окисляется, поэтому при изготовлении источника металлический рубидий гер метично запаивался в пенал, заполненный керосином.
Для получения достаточной активности время облуче
ния |
выбиралось |
равным |
55'. |
Время счета |
рассеян |
ных |
Y " K B a H T 0 B составляло |
22 мин. Облучение повторя лось как для резонансного (ЭгОг), так и нерезонансно-
|
гб |
so |
іч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л/1 Попала |
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 44. Пример одной серии из |
Рис. 45. Зависимость Р(Е„) от па |
||||||||||
мерений рассеянного |
излучения |
раметра торможения для |
значе |
||||||||
с металлическим |
(Rb) |
источни |
ний |
Ті = |
1,55-Ю- 1 3 |
сек |
и |
Тг = |
|||
ком: |
1 — с |
резонансным |
S r 0 2 - |
= 3,5 — 1,5 - Ю - 1 3 сек. Точки |
соот |
||||||
рассеивателем; 2— |
с нерезонанс |
ветствуют |
экспериментальным |
||||||||
ным |
МоОз-рассеивателем; |
3 — |
значениям Ррсэ для жидкого и |
||||||||
|
|
фон. |
|
|
металлического |
источников. |
|||||
го (Мо03 ) рассеивателей, имеющих |
размер 2 5 X 2 5 X 4 |
см. |
Как обычно, параллельно измерялись прямой пучок и фон. На рисунке 44 представлен пример одной серии изме рений с источником активностью примерно 8 кюри.
Измеренное среднее сечение ЯРР |
оказалось |
равным |
7 Э К 0 П = (3,21 ± 0,16)-Ю-2 6 CM*(N*BJN*4T |
= 0,0737, |
N^JN^ |
= 0,303 ± 0,015,іГ= 1,438). Этому значению сечения соот ветствует Р ( В Р ) = 1,323 • 10" 3 и 1 э ф ф = ( 1 3 , 4 ± 2 , 6 ) А (рис. 45).
Значение параметра торможения определялось также из относительных измерений выходов резонансного рас сеяния с твердым и жидким источником. Примеры счета для этого случая приведены в таблице 11 .
Таблица 11
Результаты измерений ядерного у-резонансного рассеяния для 8 8 R b _ 8 8 S r
Источник |
Операция |
Метал Номера личе каналов ский Суммарный
счет
Жид Номера кий каналов
Суммарный
счет
|
с |
|
в |
|
|
в |
|
в |
|
и |
и |
о |
о |
|
а |
||||
W |
со |
Я |
||
fe; |
& |
|
|
|
2 6 - 3 0 |
2 6 - 3 2 |
2 6 - 3 0 |
2 7 - 3 3 |
|
2693 |
4077 |
1453 |
4057 |
|
22—26 2 6 - 3 2 |
2 2 - 2 6 |
2 6 - 3 2 |
||
2033 |
|
|
|
Фон
2 6 - 3 0
996
22—26
1012
в
в
о.
te;
0,3032
0,1591
Сравнение счета резонансных у-квантов дает значение Ртв(Вп)/Рж(-Бр) =1,906±0,182 и величину параметра тор-
о
можения в металле Ь а ф ф =(13,0 ±1,2) А . Большая ошибка при определении ( Ь М е т ) п Ф Ф обусловлена ошибкой в изме рении времени жизни 2,734 Мэв уровня 8 8 S r [96].
Резонансное рассеяние 1293,4 и 1370 кэв у-квантов на ядрах l l 6 S n и 24Mg
Во всех описанных выше исследованиях ядерного у-ре- зонансного рассеяния для регистрации рассеянного у-из- лучения применялся сцинтилляционный спектрометр е кристаллом NaJ(Tl) размером 100ХЮ0 мм.
Однако, как уже указывалось в главе 3, при изучении изотопов, в у-спектре которых имеются интенсивные ли-