Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ядерная физика Архангельская (1 сем, мага) / Лабы / Лабораторная работа №3
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Кафедра ядерной физики и космофизики (№7)
Ядерная физика
Отчет по лабораторной работе №3
Выполнил:
студент группы M22-105
Васильева А. П.
Москва, 2022
Цель работы: изучение радиоактивных семейств и процессов распадов атомных ядер, обучение
работе с международными базами данных характеристик атомных ядер, в частности, Nuclear
Wallet Cards и The Chart of Nuclides.
Задачи
Дано химический элемент 88Ra. Требуется выполнить следующее:
1. Изучить, какие процессы распада данный химический элемент испытывает в радиоактивном
семействе 4n+3.
2. Найти, какие изотопы этого элемента входят в рассматриваемые радиоактивные ряды и
определить свойства этих изотопов и дочерних ядер первого поколения согласно базам данных
Nuclear Wallet Cards (Карта свойств атомных ядер
http://www.nndc.bnl.gov/wallet/wccurrent.html) и The Chart of Nuclides (Карта свойств нуклидов
http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/index.jsp).
3. Для ядра с максимальной энергией альфа-частиц найти мультипольность гамма-излучения от
дочерных ядер.
4. Сравнить спин и четность, найденные в рамках однонуклонного приближения, с
экспериментальными значениями для рассматриваемых изотопов и дочерних ядер первого
поколения.
5. Проанализировать под действием каких части исследуемые изотопы вынужденно делятся.
Выписать эти частицы. Обратить внимание на возможность спонтанного деление. Найти
статью, в которой изучается вынужденное деление под действием нейтронов или спонтанное
деление. Указать:
• детекторы, используемые в эксперименте;
• величина, которая измерялась;
• как именно измерялась эта величина.
Ход работы
Исследуемый радиоактивный элемент: радий 88Ra.
Исследуемое радиоактивное семейство: 4n + 3.
В радиоактивный ряд 4n+3 входят следующие изотопы радия:
•
227
Ra (-распад);
•
223
Ra (-распад);
•
219
Ra (-распад).
Свойства исследуемых изотопов и их дочерних ядер
1.
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
0 кэВ (основное состояние)
Период полураспада
Тип распада
Магнитный дипольный момент
Электрический квадрупольный момент
барн
Зарядовый радиус
фм
Энергия -распада
кэВ
Энергия -распада
кэВ
Энергия -захвата
кэВ
Энергия -распада с последующим испусканием
запаздывающего нейтрона
кэВ
Энергия отделения нейтрона
кэВ
Энергия отделения протона
кэВ
Удельная энергия связи
кэВ/нуклон
Атомная масса
а.е.м.
Дефект массы
кэВ
Год открытия
1953
Разветвления для
не наблюдаются. Дочернее ядро –
. Свойства дочернего ядра:
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
0 кэВ (основное состояние)
Период полураспада
Тип распада
Магнитный дипольный момент
Электрический квадрупольный момент
барн
Энергия -распада
кэВ
Энергия -распада
кэВ
Энергия -захвата
кэВ
Энергия -распада с последующим испусканием
запаздывающего нейтрона
кэВ
Энергия отделения нейтрона
кэВ
Энергия отделения протона
кэВ
Удельная энергия связи
кэВ/нуклон
Атомная масса
а.е.м.
Дефект массы
кэВ
Год открытия
1851
Для
наблюдается разветвление без возврата в цепочке его распада:
• -распад с дочерним ядром
;
• -распад с дочерним ядром
.
2.
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
0 кэВ (основное состояние)
Период полураспада
Тип распада
Магнитный дипольный момент
Электрический квадрупольный момент
барн
Зарядовый радиус
фм
Энергия -распада
кэВ
Энергия -распада
кэВ
Энергия -захвата
кэВ
Энергия -распада с последующим испусканием
запаздывающего нейтрона
кэВ
Энергия отделения нейтрона
кэВ
Энергия отделения протона
кэВ
Удельная энергия связи
кэВ/нуклон
Атомная масса
а.е.м.
Дефект массы
кэВ
Год открытия
1905
Разветвления для
не наблюдаются. Дочернее ядро –
. Свойства дочернего ядра:
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
0 кэВ (основное состояние)
Период полураспада
Тип распада
Магнитный дипольный момент
Электрический квадрупольный момент
барн
Зарядовый радиус
фм
Энергия -распада
кэВ
Энергия -распада
кэВ
Энергия -захвата
кэВ
Энергия -распада с последующим испусканием
запаздывающего нейтрона
кэВ
Энергия отделения нейтрона
кэВ
Энергия отделения протона
кэВ
Удельная энергия связи
кэВ/нуклон
Атомная масса
а.е.м.
Дефект массы
кэВ
Год открытия
1903
Разветвления для
также не наблюдаются. Дочернее ядро –
.
3.
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
0 кэВ (основное состояние)
Период полураспада
Тип распада
Энергия -распада
кэВ
Энергия -распада
кэВ
Энергия -захвата
кэВ
Энергия -распада с последующим испусканием
запаздывающего нейтрона
кэВ
Энергия отделения нейтрона
кэВ
Энергия отделения протона
кэВ
Удельная энергия связи
кэВ/нуклон
Атомная масса
а.е.м.
Дефект массы
кэВ
Год открытия
1952
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
кэВ
Период полураспада
Тип распада
Разветвления для
не наблюдаются. Дочернее ядро –
. Свойства дочернего ядра:
Изотоп
Спин и четность
Энергия уровня
0 кэВ (основное состояние)
Период полураспада
Тип распада
Энергия -распада
кэВ
Энергия -распада
кэВ
Энергия -захвата
кэВ
Энергия -распада с последующим испусканием
запаздывающего нейтрона
кэВ
Энергия отделения нейтрона
кэВ
Энергия отделения протона
кэВ
Удельная энергия связи
кэВ/нуклон
Атомная масса
а.е.м.
Дефект массы
кэВ
Год открытия
1952
Разветвления для
также не наблюдаются. Дочернее ядро –
.
Примечание. Величина в приведенных выше таблицах представляет собой ядерный магнетон
и имеет значение
.
Определение мультипольности гамма-излучения от дочерних ядер для ядра с
максимальной энергией альфа-частиц
Из рассматриваемых в работе изотопов радия -распад испытывают
223
Ra и
219
Ra.
Для ядра
223
Ra переход с максимальной интенсивностью ( ) происходит на
возбужденный уровень
219
Rn с энергией кэВ, спином и четностью
.
При этом энергия альфа-частиц кэВ.
Для ядра
219
Ra переход с максимальной интенсивностью происходит на
возбужденный уровень
215
Rn с энергией кэВ, спином и четностью
.
При этом энергия альфа-частиц кэВ.
Таким образом максимальная энергия альфа-частиц у распада
219
Ra
215
Rn* + . Далее
происходит переход
215
Rn* из возбужденного состояния в основное в основное с испусканием
гамма-кванта
215
Rn*
215
Rn + . Схема перехода изображена на рис. 1.
Рисунок 1. Схема перехода
215
Rn*
215
Rn + .
Основное состояние имеет энергию кэВ и спин
.
Мультипольность испускаемого гамма-кванта связана со значениями спина возбужденного и
основного состояния следующим соотношением:
где
– значения спина начального (возбужденного) и конечного (основного)
состояний соответственно, а
– мультипольность испускаемого гамма-кванта. Или в иной
форме записи:
.
Тогда
, т.е. мультипольность гамма-кванта лежит в диапазоне , принимая
только целые значения. Минимальное значение мультипольности перехода
.
Согласно закону сохранения четности
.
Полученное соотношение соответствует магнитному переходу M1.
При
четность гамма-кванта
, что соответствует электрическому
переходу Е2.
Вероятности переходов уменьшаются с ростом мультипольности: Е1 E2, M1 E3, M2 …,
следовательно, при рассматриваемом переходе излучается гамма-квант с мультипольностью М1
или Е2. Это соответствует информации, представленной в базе данных (рис. 2–3).
Рисунок 2. Информация о мультипольности перехода
215
Rn из возбужденных состояний в
основное.
Рисунок 3. Схема возможных переходов
215
Rn из возбужденных состояний в основное с
указанием мультипольности гамма-квантов.
Сравнение экспериментальных значений спина и четности с теоретическими
предсказаниями
: 88 протонов + 139 нейтронов – число протонов четное, не хватает 3 нейтронов на
подоболочке
, следовательно, это ядро не подходит для однонуклонного приближения.
Четность ядра:
. Эта величина соответствует
экспериментально полученному значению.
: 89 протонов + 138 нейтронов – число нейтронов четное, не хватает 3 протонов на уровне
, следовательно, это ядро не подходит для однонуклонного приближения.
Четность ядра:
. Согласуется с экспериментальным
значением.
: 88 протонов + 135 нейтронов – четное число протонов и не хватает 1 нейтрона на уровне
, следовательно, это ядро подходит для однонуклонного приближения. Вклад протонов в
значение спина ядра равен 0. Вклад нейтрона в спин ядра составляет 9/2. Так, получаем значение
спина ядра
равное
. Это не согласуется с экспериментально полученной величиной
.
Четность ядра:
. Согласуется с экспериментальным
значением.
: 86 протонов + 133 нейтрона – четное число протонов, не хватает 3 нейтронов на уровне
, следовательно, это ядро не подходит для однонуклонного приближения.
Четность ядра:
. Это значение соответствует
экспериментально полученной величине.
: 88 протонов + 131 нейтрон – четное число протонов, не хватает 5 нейтронов на уровне
, следовательно, это ядро не подходит для однонуклонного приближения.
Четность ядра:
. Теоретическое значение согласуется
с экспериментально полученной величиной.
: 86 протонов + 129 нейтронов – четное число протонов, не хватает 7 нейтронов на уровне
, следовательно, это ядро не подходит для однонуклонного приближения.
Четность ядра:
. Теоретическое значение
соответствует экспериментальному.
Соседние файлы в папке Лабы