ЯФ / Учебные пособия / Рыжакова Н.К. Ядерная физика и её приложения

лю высокоэнергетических β-частиц в спектре, в то время, как кулоновское притяжение β–-частиц, наоборот, эту долю уменьшает.

Рис. 3.18. Сравнение экспериментально измеренного спектра β-частиц

(сплошная линия) с расчётными спектрами для β+- и β–-распадов

Для учёта соответствующего эффекта в формулу (3.76) вводится поправочный множитель ƒ(ε, Z), где Z – порядковый номер образовавшегося после β-распада ядра:

3.6.5.График Кюри. Сравнительный период полураспада

Сучётом поправочного множителя ƒ(ε, Z) экспериментальные и теоретические спектры при одинаковых условиях нормировки совпадают, т. е.

Выражение (3.80) представляет уравнение прямой и называется

графиком Кюри (рис. 3.19).

График Кюри, построенный с помощью измеренных на опыте спектров, позволяет:

111

венной инверсии требовал, чтобы количество зарегистрированных β-частиц былоодинаковымдлядвухвзаимнопротивоположных направлений.

Рис. 3.21. Зависимость относительной скорости счёта детектора β-частиц от времени (или температуры источника β-частиц).

Время отсчитывается с момента отключения ориентирующего спины uur

ядер поля H : Nβориен. – скорость счёта детектора при наличии ориентации спинов ядер; Nβхаот. – скорость счёта детектора при отсутствии определённой ориентации

Впоследствии с помощью других экспериментов было показано, что нарушение зеркальной симметрии характерно не только для β-радио- активности, но и для всех процессов слабого взаимодействия.

3.7.Переходы ядер из возбуждённых состояний

Ядро – это составная частица, и в зависимости от того, как «упакованы» нейтроны и протоны в ядре, масса ядра принимает ряд значений. В состоянии с наименьшей массой m (основном состоянии) ядро может существовать сколь угодно долго. Состояния с бóльшими массами m* (возбуждённые состояния) неустойчивы. Время жизни возбуждённого ядра, как правило, невелико и по порядку величины составляет 10–13 с. Однако у некоторых ядер существуют так называемые метастабильные состояния, время жизни которых на много порядков больше. Такие ядра называют изомерами (см. п. 3.7.2).

В возбуждённом состоянии ядра образуются в результате протекания каких-либо ядерных превращений, в том числе после α- и β-распада. Основным механизмом, с помощью которого ядро снимает возбуждение, является γ-излучение ядер, т. е. испускание ядрами жёсткого электромагнитного излучения с энергиями в диапазоне от нескольких десятков кэВ доединиц МэВ. Помимо испускания γ-квантов у ядер имеется ещё два спо-

116

Как отмечено ранее, в возбуждённом состоянии ядра образуются в результате α- и β-распада. После α-распада обычно испускаются

γ-кванты небольшой энергии (Eγ 0,5 МэВ), так как α-распад с образованием дочернего ядра в сильно возбуждённом состоянии затруднён изза малой прозрачности потенциального барьера для α-частиц с низкими энергиями (см. п. 3.5).

Вероятность β-распада является более слабой функцией энергии реакции (λ~ Qβ5, см. п. 3.6), чем вероятность α-распада. Поэтому после β-распада ядра образуются в более сильных возбуждённых состояниях и энергии γ-квантов достигают 2…2,5 МэВ.

Наряду с α- и β-распадом существует ряд других механизмов образования возбуждённых ядер, например кулоновское возбуждение, реакции под действием нейтронов и т. д.

Вероятность γ-перехода и правила отбора

Механический момент J, который уносит γ-квант, может иметь только целые значения, отличные от нуля. При этом для каждого значения момента существует одно состояние с положительной чётностью и одно – с отрицательной. Каждое состояние γ-кванта с некоторым значением J и чётностью называют мультиполем определённого типа, а именно: состояние с моментом J и чётностью (–1)J называют электрическим 2J-полем, а состояние с моментом J и чётностью (–1)J+1 – магнитным 2J-полем. Например, низшие мультиполи имеют следующие названия: при J = 1 – диполь; J = 2 – квадруполь; J = 3 – октуполь. Для обозначения γ-квантов определённой мультипольности используют следующие стандартные обозначения: сначала ставится буква E для электрического и буква M для магнитного мультиполя, затем пишется цифра, равная моменту J. Например, электрическое дипольное излучение обозначают через E1, магнитное дипольное – через M1, электрическое квадрупольное – E2 и т. д. Можно предположить, что испускание электрических мультиполей E1, E2 и т. д. связано с перераспределением зарядов в ядре, а магнитных мультиполей М1, М2 и т. д. – с переориентацией магнитных моментов нуклонов. Излучение определённой мультипольности

характеризуется своим угловым распределением ~ PJ (cosθ).

Ввиду малости константы электромагнитного взаимодействия α = e2=c ≈1/137 , вероятность радиационного перехода можно рас-

считать (как и вероятность β-распада, см. п. 3.6) методом теории возмущений:

118

3.7.2. Ядерная изомерия

Времена жизни γ-активных ядер обычно невелики и имеют порядок 10–13…10–7 c. Но при сочетании высокой степени запрета по механическому моменту и чётности с малой энергией перехода γ-активные ядра могут существовать в возбуждённом состоянии в течение довольно продолжительного времени (до нескольких часов, а иногда и больше). Такие долгоживущие возбуждённые состояния ядер называют изомерами.

Характерным примером изомера может служить In115, схема низ-

уровня составляет 14,4 ч. В табл. 3.5 приведены периоды полураспадов для электрических и магнитных переходов при J = 1...5 и двух значениях энергии – Eγ = 0,1; 1 МэВ.

Наличие изомерных состояний у некоторых β-активных ядер приводит к тому, что у таких ядер период полураспада принимает 2 значения. Например, у изотопа Br3580 , образующегося из ядра Br3579 в результате

захвата нейтрона, периоды полураспада составляют 18 мин и 4,4 ч. Процессы, происходящие с ядром Br3580 с момента его образования в сильновозбуждённом состоянии, изображены на рис. 3.24.

120