Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в ядерную физику (6 сем) / ЯДЕРКА (все вопросы, другая версия)
.pdf
Для γ-квантов определенного типа и мультипольности используются следующие
обозначения: сначала ставится буква Е для электрического γ-кванта и буква М для
магнитного. Затем пишется цифра, равная полному моменту J γ-кванта. Например,
электрический дипольный γ-квант обозначается через Е1, магнитный дипольный – через М1,
электрический квадрупольный – через Е2, и т. д.
Названия «магнитный» и «электрический» происходят от типа систем зарядов и токов,
излучающих соответствующие γ-кванты. Так, при колебании электрического диполя
испускаемое электромагнитное излучение с квантовой точки зрения состоит из E1 γ-квантов.
Колеблющийся магнитный диполь испускает M1 γ-кванты и т. д.
Правила отбора по чётности для γ-переходов имеют вид:
Pi ·Pf = (-1)J для EJ γ-квантов;
Pi ·Pf = (-1)J+1 для MJ γ-квантов.
(5.2)
32 (g излучение ядер. Ядерная изомерия. Внутренняя конверсия)
Ядерная изомерия.
Изомерия атомных ядер — явление существования у ядер атомов метастабильных (изомерных)
возбуждённых состояний с достаточно большим временем жизни.
Изомерные состояния отличаются от обычных возбуждённых состояний ядер тем, что вероятность
перехода во все нижележащие состояния для них сильно подавлена правилами запрета по спину и
чётности. В частности, подавлены переходы с высокой мультипольностью (то есть большим изменением
спина, необходимым для перехода в нижележащее состояние) и малой энергией перехода. Иногда
появление изомеров связано с существенным различием формы ядра в разных энергетических
состояниях (как у
180
Hf).
Изомеры обозначаются буквой m в индексе массового числа (например,
80m
Br) или в правом верхнем
индексе (например, 80Brm). Если нуклид имеет более одного метастабильного возбуждённого состояния,
они обозначаются в порядке роста энергии буквами m, n, p, q и далее по алфавиту, либо буквой m с
добавлением номера: m1, m2 и т. д.
Наибольший интерес представляют относительно стабильные изомеры с временами полураспада от
10−6 сек до многих лет.
Время жизни изомерных состояний превышает доли микросекунды (и может измеряться годами), тогда
как типичное время жизни неизомерных возбуждённых состояний — порядка пикосекунд и меньше.
Никакой природной разницы, кроме времени жизни, между теми и другими нет: граница между
изомерными и неизомерными возбуждёнными состояниями ядра — вопрос соглашения. Так, в
справочнике по свойствам изотопов Nubase’1997
[7]
к изомерам отнесены возбуждённые состояния с
периодом полураспада более 1 мс, тогда как в более новых версиях этого справочника Nubase’2003
[8]
и
Nubase’2016
[9]
к ним добавлены состояния с периодом полураспада около 100 нс и более. На 2016 год
известны всего 3437 нуклидов, из них 1318 нуклидов имеют одно или более изомерных состояний с
периодом полураспада, превышающим 100 нс
[9]
.
Распад изомерных состояний может осуществляться путём:
· изомерного перехода в основное состояние (испусканием гамма-кванта или посредством
внутренней конверсии);
· альфа-распада;
· бета-распада и электронного захвата;
· спонтанного деления (для тяжёлых ядер);
· излучения протона (для высоковозбуждённых изомеров).
Вероятность конкретного варианта распада определяется внутренней структурой ядра и его
энергетическими уровнями (а также уровнями ядер — возможных продуктов распада).
В некоторых областях значений массовых чисел существуют т. н. острова изомерии (в этих областях
изомеры встречаются особенно часто). Это явление объясняется оболочечной моделью ядра,
которая предсказывает существование в нечётных ядрах энергетически близких ядерных уровней с
большим различием спинов, когда число протонов или нейтронов близко к магическим числам.
---Внутренняя конверсия
Атомное ядро, находящееся в возбужденном состоянии может в результате взаимодействия с
электронами атомных оболочек передать энергию возбуждения непосредственно электрону. Этот
процесс называется внутренней конверсией γ-квантов. С наибольшей вероятностью внутренняя
конверсия происходит на электронах ближайших к ядру K- и L-оболочек. Электрон вылетает из
атома с кинетической энергией Ee.
Ee = E* − I
связи
,
(5.6)
где E* − энергия возбуждения ядра, I
связи
− энергия связи электрона на соответствующей оболочке
атома.
Из соотношения (5.6) следует, что спектр электронов внутренней конверсии дискретный в
отличие от спектра электронов β-распада. Вероятность внутренней конверсии уменьшается с
увеличением энергии возбуждения ядра и увеличивается с увеличением мультипольности γперехода и увеличением заряда ядра Z. Измерение энергии конверсионных электронов даёт
информацию о возбужденных состояниях ядер – их энергии, спине и четности. Испускание
электронов внутренней конверсии сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.
33. Эффект Мессбауэра.
Мессбауэр открыл явление ядерного резонанса:
Для свободных ядер и ядер, связанных в кристаллической решетке условия
отдачи при испускании гамма-квантов существенно различны. В кристаллах
возможно гамма-переходы, при которых энергию отдачи получает не отдельное
ядро, а весь кристалл.
Эффект резонансного поглощения увеличивается с уменьшением
температуры, т.к. он зависит от доплеровского уширения
Ядро-излучатель и ядро-поглотитель не являются свободными ядрами, они
находятся в кристаллах. В кристалле импульс отдачи, полученный отдельным
ядром, сложным образом перераспределяется между соседними ядрами. А с
уменьшением температуры кристалла и уменьшением энергии отдачи
увеличивается относительное число ядерных переходов с передачей импульса
отдачи всему кристаллу.
С помощью данного эффекта можно измерять очень малые времена жизни
возбужденных состояний, вычислять напряженность магнитного поля,
воздействующего на ядро, рассчитывать ширины уровней мессбауэровских ядер.
Расшифровка мессбауэровских спектров позволяет идентифицировать химический
состав и выявить особенности кристаллических структур веществ.
34. Общие закономерности ядерных реакций. Порог и
барьер ядерных реакций.
Ядерные реакции - это превращение ядер при взаимодействии друг с другом или элементарными
частицами:
a+А→ b+B
Для осуществлениями ядерных реакций необходимы пучки p,n,e,π,α и т.д.
Реакция∝+А→p+В записывается в виде
А (∝,p) В
Существует много способов классификации ядерных реакций, ниже приведены некоторые из них.
1. Частицы, вызывающие ядерную реакцию:
a. нейтральные
b. заряженные
2. Механизм протекания ядерной реакции:
a. прямые реакции
b. реакции через промежуточное ядро
3. Продукты и каналы протекания реакции
4. Энергетическое и пространственное распределение продуктов реакции.
В реакциях выполняются все законы сохранения:
- Электрического заряда Z
- Барионного (нуклонного) числа B
- Лептонного числа L
- Энергии и импульса E,p
- Момента импульса I
- Четности (кроме слабых взаимодействий ) P
Энергия реакции Q:
Порог реакции:
Это минимальная кинетическая энергия , при которой реакция возможна.
Барьер реакции В:
Это Т
кин
мин, при которой реакция идет без туннельного эффекта.
Барьер приводит к уменьшению вероятности протекания
ядерных реакций.
Кулоновский барьер из-за кулоновского взаимодействия
частиц с ядрами:
35. Механизмы ядерных реакций. Прямые ядерные
реакции. Реакции срыва и подхвата.
В реакциях прямого взаимодействия переход от начального состояния ядра к
конечному осуществляется прямо, непосредственно, т.е. без промежуточного этапа
образования составного ядра.
Согласно этому механизму, взаимодействие быстрого нуклона с ядром следует
рассматривать как быстрое (t_
вз^прямого ≈
10^-22с) двухчастичное взаимодействие
падающего нуклона с одним или несколькими нуклонами ядра-мишени. Для сравнения
время взаимодействия для реакций, протекающих через образование промежуточного
ядра -t_
вз^непрямого ≈
10-16с .
Прямое взаимодействие двух ядер происходит путем передачи одного или
нескольких нуклонов от одного ядра к другому. Простейшими примерами реакций такого
вида являются рассматриваемые ниже процессы:
● процесс неполного проникновения дейтрона в ядро и реакция срыва, при котором
один нуклон бомбардирующего ядра (дейтрона) передается ядру мишени (рис. 1,
а);
● реакция подхвата (рис. 1, б), когда один нуклон ядра-мишени передается
бомбардирующему ядру (подхватывается им).
Рис. 1 а) неполное проникновение дейтрона в ядро и реакция срыва; б) реакция
подхвата
36. Механизмы ядерных реакций. Теория Бора
промежуточного ядра.
Соседние файлы в папке Введение в ядерную физику (6 сем)