Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Прямые реакции и изомерные переходы

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

6.4 Mб

Скачать

☆

1 / 161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

А К А Д Е М И Я Н А У К У З С С Р

И Н С Т И Т У Т Я Д Е Р Н О Й Ф и з.и к и

Э.А. ЗАПАРОВ, Ю. Н. КОБЛИК,

Б.С. МАЗИТОВ, Г. А. РАДЮК

ПРЯМЫЕ РЕАКЦИИ И ИЗОМЕРНЫЕ

ПЕРЕХОДЫ

ИЗДАТЕЛЬСТВО . Ф А Н ' УЗБЕКСКОЙ ССР

Т а ш к е н т —1973

Э. А. 3 а п а р о в, Ю. Н. К о б л и к , Б. С. М а з и т о в , Г. А. Р а д ю к. Прямые реакции и изомерные переходы. Таш кент, Изд-во «Фан» УзССР, .1973, Рис.—35, табл.—7, библ.—

109	назв., стр,—152.
В	монографиирассматриваются результаты оригиналь
ных	исследований по	реакциям подхвата	нейтронов при
бомбардировке легких		ядер протонами	средних энергий,

обсуждаются эксперименты по изучению структуры ядер с


помощью		неупругого резонансного			рассеяния улучей		и
приводятся		данные	исследований		многоканального	магнит
ного	анализатора		заряженных	продуктов ядерных		реакций
типа	«апельсин».
Монография предназначена				для	специалистов,	работа
ющих	в области		ядерной физики.

Ответственный	редактор
канд. физ.-мат. наук	Ю. Н. ТАЛАНИН

3	0237 - н з ; Л
	355 (06)—73

П Р Е Д И С Л О В И Е

Изучение взаимодействия у-излучения и протонов с ядрами может дать значительную информацию о структуре ядер и меха низме реакций. Взаимодействие с ядрами у-лучей, энергия кото рых меньше энергии образования фотоядѳрных реакций, склады

вается из различных процессов упругого рассеяния, таких		как
томсоновское, дельбруковское	рассеяние, рассеяние на	мезон-
ном облаке, окружающем ядро,	и неупругого резонансного рас

сеяния квантов. Для исследования структуры ядер существенен по


следний вид взаимодействия, коода падающий	на ядро		квант
вызывает резонаяюное возбуждение одного из	его	энергетиче
ских состояний, высвечиваясь с которого, ядро	может	испустить
один или несколько квантов меньшей энергии.	Процесс		зависит

от характеристик «входного» и «выходного» каналов реакции—


неупругого резонансного рассеяния у-лучей. При		бомбардировке
ядер протонами средних энергий могут протекать			различные
реакции, такие как упругое и неупругое рассеяние,		(р,	п) -реакция,
реакция типа (р, d) и другие. Среди	большого класса		взаимодей
ствий протонов с ядрами существует	специфический тип реакций,
в которых происходит непосредственный переход		от	начального

состояния к конечному с возбуждением лишь некоторых простых степеней свободы ядер мишени.

Это — прямые ядерные реакции с передачей нуклона, харак терные своими осциллирующими, быстро спадающими с увеличе


нием угла		распределениями		вылетающих частиц;	такие		реакции
с заметной вероятностью приводят к образованию						выделенных
состояний		конечного	ядра.
Примерами реакций такого типа являются хорошо известные
реакции	срыва (d, р)		и слабо	изученные, тяжелые	в	эксперимен
тальном	отношении		реакции	подхвата (р, d). В	этих		реакциях

возбуждаются различные типы уровней, поскольку с наибольшей вероятностью будут проявляться состояния, отвечающие мини мальной перестройке ядра мишени. Поэтому в реакциях срыва будут преимущественно образовываться уровни с конфигурацией остов плюс нуклон — одночастичные состояния, а в реакции под хвата будут возникать уровни с конфигурацией остов минус нук лон — дырочіные состояния.

В первой главе подробно рассматривается				неулругое	резо
нансное рассеяние	как метод	исследования		структуры	ядра и
обсуждается исследование ядер,		обладающих		изомерными состо
яниями; приводится	значительный материал		по сечениям		фото-
возбуждения, ширинам активационных уровней и т. д.
Вторая глава посвящена исследованию реакции подхвата
нейтрона при бомбардировке легких ядер				дротанами	средних
энергий; интерпретация экспериментальных			данных осуществля
ется с помощью метода искаженных волн.
В последней, третьей главе описываются			характеристики мно

гоканального магнитного анализатора типа «апельсин» отечест венного производства, предназначенного для изучения продуктов ядерных реакций и обладающего высокими эксплуатационными качествами.

Большинство разделов нами изложено с учетом, в первую оче редь, интересов физиков-экспериментаторов, поэтому вопросы тео рии рассмотрены лишь в пределах, необходимых для понимания особенностей эксперимента и анализа эмпирических данных.

Г ла в а I

Ф О Т О В О З Б У Ж Д Е Н И Е И З О М Е Р О В В Я Д Р А Х

§ 1.	В з а и м о д е й с т в и е	f - к в а н т о в с ядрами
При исследовании ядерных		реакций	в диапазоне средних и
низких энергий	большое значение имеет		изучение у-излучения,

сопровождающего эти реакции. При малых энергиях возбуждения, близких « энергии связи нуклона в ядре, испускание у-излучения преобладает над другими процессами. С ростом энергии возбуж

дения	радиационная ширина становится	гораздо меньше нук-
логаных	ширин и поэтому превалирующим	процессом	является

испускание частиц. Но после испускания частиц ядро часто ока зывается в возбужденном состоянии, которое переходит в основ ное, излучая у-нванты.

В фотоядерных реакциях у-лучи испускаются при упругих и неупругих процессах, если энергия первичного у-излучения н е превышает значительно энергию связи «уклона в ядре. С повы

шением энергии у-квантов преобладают	реакции	типа (у, п),
(у, р) и т. д.
Теория взаимодействия у-излучения с	ядрами	разработана

полнее и последовательнее, чем теория сильных взаимодействий.

Однако экспериментов поставлено	гораздо меньше		по сравнению
с исследованием взаимодействия	нуклонов	(или	нуклонных ас
социаций) с ядрами, главным образом, из-за		отсутствия регули

руемых монохроматических источников у-излучения. В экспери ментах используется тормозное излучение со сплошным спектром от ускоренных электронов или у-излучение с линейчатым спект ром, сопровождающее распад ядер или возникающее в ядерных реакциях.

При низких энергиях (до 3 Мэв) основными видами взаимо действия у-излучения с ядрами являются томсоногаское, резонанс

ное, дельбруковское рассеяния и образование			пар	в поле ядра.
Возможна также реакция (у,	п) на	бериллии	и дейтерии.
Дельбруковское рассеяние,	или	упругое	рассеяние фотонов
статическим электрическим полем ядра, можно				рассматривать
аналогично рассеянию света на свете, т. е. включая виртуальный

процесс образования и аннигиляции пар в поле ядра. Точные рас

четы, сечений дельбрукоиского		рассеяния для произвольных	уг
лов	отсутствуют. Теоретические	оценки величины сечений сдела
ны	только для углов рассеяния»0°. Дельбруковское рассеяние
		V	5

проявляется лишь в экспериментах с тяжелыми ядрами и высо


кими энергиями (более 10			Мэв).
При очень низких энергиях взаимодействие						Y " I K B a ' H T O l B		с	п о л "
ным зарядом ядра, так		называемое ядерное			томсоновское			рассе
яние, имеет электрическую дипольную природу						и	подобно		дель-
бруковскому	является	потенциальным		упругим		рассеянием.			Ког
да энергия	у - к в а и т 0 , в	достигает величины			энергии		первого		воз
бужденного	уровня, может		произойти	разрыв		внутренних		связей
в ядре и возбуждение		индивидуальных		нуклонных			уровіней.		На

перівом возбужденном уровне возможно лишь упругое рассеяние фотонов. С увеличением энергии укваінтов возбуждаются выше лежащие уровни, причем помимо упругого на них может наблю даться и неупругое резонансное рассеяние с переходом на ниже

лежащие возбужденные уровни. В этом	случае ветвление	распада
с какого-либо уровня характеризуется	величиной Г( =	wfi—пар

циальной шириной перехода, пропорциональной вероятности w данного (перехода (под Г везде подразумевается радиационная ширина). Если при разрядке уровня наблюдается явление внут ренней конверсии "у-лучей, то

Г = Г ( 1 + а ) ,

где Г — ширина"перехода, обусловленного испусканием 7-лучей;

а— полный коэффициент внутренней конверсии.

Сечение резонансного поглощения -(-квантов на одном изоли рованном уровне определяется формулой Брейта — Вигнера

здесь Jb и JQ — спины возбужденного и основного состояний соответственно;

л — длина волны фотона.

Ширина перехода на основное состояние Г 0 зависит от свойств только возбужденного и основного состояний. Полная ширина Г равна сумме всех парциальных ширин и зависит от свойств всех состояний, лежащих между исследуемым и основным: Г = ЕГ^ следовательно, сечение поглощения ап (Е) также зависит от свойств всех этих состояний. Интегральное сечение резонансного погло щения для заданного уровня зависит лишь от ширины перехода на основное состояние и от энергии падающего фотона:

1 ° . < ^ =

ОТТГ.-

(,.2)

В отличие от других видов когерентного рассеяния как уп ругое, так и неупругое резонансное рассеяния возможны, когда проявляются дискретные свойства ядра. Поэтому интересно деталь но, рассмотреть явление неупругого резонансного рассеяния и

связанных с ним процессов как метод исследования" динамиче ских свойств ядра, выяснить, насколько оно -пригодно для полу чения спектроскопической информации. Наконец, на примере не четно-четных и четно-нечетных стабильных ядер, обладающих изо мерным возбужденным состоянием, можно показать ' преимуще ства и особенности метода неупругого резонансного рассеяния в исследовании дискретных характеристик ядра для получения данных о механизме реакции, сопровождающейся испусканием

у-лучей малой и средней энергии.

Вэтой главе исследуется интегральное"сечение резонансного поглощения и сечение иеупругого резонансного рассеяния. Изпер^ вого извлекается информация о парциальных ширинах - уровней


относительно	перехода	в	основное		состояние, а ' и з второго—о
соотношениях	парциальных и полных ширин уровней.'							-Сечение
неупругого резонансного			рассеяния		определяется		для	случая,
когда образуется ядро в изомерном состоянии.-
§ 2. Г а м м а - а к т и в а ц и я изомерных						с о с т о я н и й		я д е р
Первые эксперименты по возбуждению изомерных состояний
стабильных	яд-ер с помощью электромагиитиогр излучения отно
сятся к 1939	г., когда	Гольдхабер,		Хилл и - Сц-илл ард,. [68] попыта
лись получить изомерное			состояние	1	l 5 m In, облучая		металлический
индий у-излучѳние-м от		источников		радия		(0,5 г).	Эксперимент,

однако, не удался. Гус [69] объяснил это несоответствием, между энергией у-излучения радия и возбужденными состояниями 1 1 5 ,Іп. Понтекорво и Лазард [95] установили, что при облучении индия тормозным излучением электронов, ускоренных в импульсном линейном ускорителе до' 1800 кэв, появляется активность с пери одом полураспада 4,5 часа, которая затем была отнесена к. изо; меру 1 1 5 "^Іп. Они предложили следующий механизм фотоактивации

"изомерных	состояний. Во'время облучения	ядра П 5 І п сплошным
излучением	с £макс = 1800 кэв происходит	- резонансное^ возбуж

дение одного или нескольких уровней, лежащих выше изомерного. При разрядке этих возбужденных состояний возможен переход не только на основной, но и на метастабильный уровень:. Веро ятность возбуждения изомерного состояния непосредственно из основного — порядка Ю- 1 0 —10~1 5 от вероятности образования изо мера через лежащие выше уровни. Энергетический уровень, переходы с которого могут привести к образованию изомерного состояния ядра, мы называем актив анионным.

Активационные уровни изомеров определялись с помощью тор мозного излучения от ускорителей с регулируемой энергией элек тронов. На графике получается зависимость активации образуе мого изомера от энергии электронов a = f{E).'•"'Экстраполируя кривую к нулевой активности, можно определить минимальную энергию фотоактивании. Валвдманом с -сотрудниками [108] и не зависимо группой харьковских физиков во главе с Корсунским

1 87

и Вальтером [21] было найдено, что изомер 1 1 5 п Ч п образуется при облучении индия тормозным излучением с £ ' макс=1070±50 кэв.

При повышении максимальной энергии тормозного излучения вклад, в изомерную активность дают и другие, лежащие выше уровни. Видѳнбек и Вальдман [108], рассмотрев теорию процесса,

пришли к выводу, что в толстых		мишенях вклад этих	активаци
онных	уровней должен приводить к изломам в ходе		кривой
a—f(E).	Это было подтверждено	ими экспериментально	на груп
пе ядер. Электроны ускорялись		в генераторе Ван-де-Граафа с
максимальной энергией 3,3 Мэв.		Энергия метастабильного уров

ня определялась по торможению электронов внутренней конвер

сии в	алюминиевой фольге, что вызвало большие					погрешности,
особенно в случае каскадной разрядки метастабильного							состо
яния. Ими же найдено сечение фотоактивации 1 1 5 Іп на							актива-
ционном уровне 1070 кэв:
			^amdE~7-lO-SiCM2-		Мэв,
			u = gT0J^_	=	2-\0~5эв;
здесь	g =	2 ^ + 1	статистический		множитель;
здесь	g =	1	статистический		множитель;
		Г т	— парциальная ширина перехода с активацион-
			ного уровня в изомерное состояние.
В	(1961 г. Лукенс, Отвош и Вагнер [82] облучали						потоком
тормозного		излучения (І-МО)-Ю1 3			у-кв/см2-сек	с Емакс	= 3 Мэв

все элементы, начиная с бора, кроме инертных газов. Детектором служил сцинтилляционный -у-спектрометр со 100-канальным ана

лизатором. Было

идентифицировано 16 изомеров. В

1963 г. груп

па японских

физиков также

облучала все элементы

тормозным

излучением

с £М акс = 6 Мэв

и получила те же результаты.

До

полнительно

был обнаружен

изомер 7 9 Вг

с £'='208

кэв и Г,, =

4,8 сек. [75].

Наиболее полные данные по фотоактивации отдельных изо

меров

ядер 77Se, т , 1 0 9 Ag,

l u C d , 1 1 5 Іп тормозным излучением по

лучены

группой французских

физиков [45]. Используя

каскадный

ускоритель электронов, они изучили активационные

уровни

ряда

ядер и

сечения образования

метастабильного состояния на каж

дом активационном уроше в пределах 0,2—2,0 Мэв.

Бус

и сотрудники [41], исследуя фотоактивацию

изомеров

ряда

ядер, определили

ширину

активационных

уровней.

частности,

ими были найдены величины

Г0

для активационных

уровней

1 1 5 І п

1070

кэв

Г 0

= ( 0 , 2 8 ± 0 > 0 8 ) - 1 0 - 3

эв

1460

кэв

Г 0 = (1,8 ± 0 , 6 ).10~3

эв

l u C d

134°

кэв

Го = ( 1 , 7 - ± 1 , 1

) . 1 0 - 3 3 э в

Из-за большой погрешности для "'Cd авторы с				достоверно
стью указывают только границу величины			Г 0 < 3 - 1 0 _ 3	эв.
Первый успешный эксперимент по возбуждению				изомерных
состояний стабильных	ядер у - и з л У Ч О Н И е , м		радиоактивных		изото
пов правел Харботтл в 1954 г. [72]. Иапользуя изотопы 6 0 Со					актив
ностью ЮО-т-1800 кюри	и 1 8 2 Та—1300	кюри,	он получил ядерные
изомеры 1 1 5 Іп и n i C d . На основе этих		экспериментов		выведены

соотношения между мощностью дозы и активностью изомера для применения в дозиметрии мощных у-полей 6 0 Со. При мощности до

зы 1000 річас,			активность изомера составляла				0,1—0,2			отсчета
в іминуту на 1 г вещества. Найденное Харботтлом								сечение акти
вации по отношению ко всему					потоку	у-лучей	6 0 Со		составило
М О - 3 3	см\	Икеда и Ешихара с помощью изотопов 6 0 Со								актив
ностью	40-М0 000 кюри			изучали	образование изомеров				и на. дру
гих ядрах		и	получили	сечения	фото активации		изомеров			для
шести элементов [74].
1963 г. Вереш [107] нашел сечения						фотоактивации			изотопом
6 0 Со 424 кюри			изомеров	1 1 5 І п — 0 m = 8,3-lO-32 см2			и	i n C d — а т —

—1,4-10-32 см2, а также облучал изотопом 6 0 Со активностью 1310 /сю ры большое число ядер с целью обнаружить фотоактивацию их изо меров. Облучение образцов весом от 1 до 54 г производилось в свинцовом контейнере с дистанционным манипулятором за время, достаточное для насыщения активации, или, в случае больших вре мен жизни, обеспечивающее достаточную скорость счета. Вереш


также исследовал образование изомеров 1 1 3 Іп			и 1 1 3 Cd.	Впервые
активацию 1 1 3 »m In	тцрмозным излучением с	£ М а к с = 2 Мэв			наблю-
дал Понтекорво	[94], образование изомера	П 3 т 1 п идентифициро
валось на полулогарифмическом трафике по			отклонению		кривой
распада от прямой, соответствующей 7\/ з =4,5			час. изомера 1 1 5 Іп.
Найдено, что 7,^=96 мин. Вереш обнаружил			изомер	І І З І п	после
облучения естественной смеси изотопов индия Y-излучением 6 0 Со,
снимая спектр облученной мишени сцинтнлляционным				спектромет
ром с хорошим разрешением (7,8% для у-излучения I 3 7 Cs).

Наблюдать фотоактавацию 1 1 3 Cd затруднительно из-за боль шого периода полураспада. Кроме того, 1 1 3 : m Cd в 99% случаев пе реходит посредством ß-распада из изомерного в основное состо яние 1 1 3 Іп с максимальной энергией частиц 580 кэв. Поэтому из мерения проводились со счетчиками Гейгера—Мюллера в 2я-гео-

метрии. Для уменьшения фона применялась схема			антисовпаде
ний. Естественную	смесь изотопов кадмия	облучали	у-излучением
6 0 Со в свинцовом	контейнере в течение 2 мес. Измерения в тече
ние 111 мес. показали следующее: Тч =14		лет, а = 1,4-10—32 см2',
Г т = 3 , 5 - 1 0 - 5 эв.

С 1966 г. Пелекис и Абраме с сотрудниками изучают обра зование изомеров при облучении стабильных ядер на радиаци онном контуре реактора типа ИРТ-2000 АН ЛатвССР [1]. Радиа ционный контур представляет собой шар диаметром 15 см со

1 / 161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ