Файл: Каипов Д.К. Ядерный гамма-резонанс и атомные столкновения.pdf

ниє, которое может значительно изменить энергию у-кван- та, т. е. вывести у-квант из области фотопика в спектре рассеянного излучения. В связи с этим \х2 измерялось с использованием в качестве детектора сцинтилляционного спектрометра с кристаллом NaJ(Tl) размером 100X100 мм.

г) Определение основных величин, входящих в выра­ жения для расчета о. Кроме коэффициента К, методика расчета которого изложена выше, в выражение (46) вхо­ дят еще четыре величины, устанавливаемые эксперимен­ тально. Число резонансно рассеянных у-квантов вычис­ ляется по следующей формуле:

ного (сравнительного) рассеивателя; І У Ф — то же, в спект­ ре фона; iVn.n.p — число отсчетов в фотопике прямого пуч­ ка источника, используемого для измерения Nv, нормиро­ ванное по времени; Л^п.п.н — то же, для iVH p .

Как видно из выражения (48), для определения i V p e 3 необходимо измерить пять величин. Эксперимент прово­ дился в следующем порядке. На «сменщик» (механиче­ ское приспособление) закрепляли соответствующие данно­ му эксперименту рассеиватели. Резонансный рассеиватель устанавливали перед окном детектора. Облученный в реакторе изотоп доставлялся пневмопочтой на место изме­ рения. В течение определенного времени набирался спектр рассеянного излучения от резонансного рассеивателя, ин­ формация выводилась на цифропечать и самописец. Да­ лее, через некоторое фиксированное время набирался спектр прямого пучка. После смены рассеивателей и по­ вторного облучения образца операцию измерения повто­ ряли. Чтобы избежать ошибок от просчетов, эксперимент вели по живому времени анализатора. Подобных измере­

ее ошибкой. Величину N„.„ принимали равной iVn.n.p» №ф , определяли во время облучения источника. Для нахожде­ ния Л?цТ и iV"*^ небольшое количество вещества, приме­ няемого для получения основного источника, облучалось в реакторе и доставлялось пневмопочтой в рабочее поме­ щение. Челнок с этим источником сбрасывался в контей­ нер, распаковывался, и образец дополнительно упаковы­ вался в алюминиевую фольгу, чтобы не допустить загряз­ нения аппаратуры и помещения. Затем образец устанав­ ливали в точку измерения N * , расположенную на

фильтре перед детектором прямого пучка, и набирался спектр. Образец переставляли в точку для измерения N * T . и снова набирался спектр. Эта операция также повторя­ лась несколько раз. Если период полураспада исследуемо­ го изотопа был меньше 50 мин, то образец облучался по­ вторно. Цифровую информацию обрабатывали для полу­ чения N*Sn, JV"*T с их ошибками.

Величины iV p , Nn.n, JV* и 2V*т нормировались по вре­

нец измерения, t2 — начало измерения 2V*т , a t$ — конец,

период полураспада данного изотопа.

Из нормированных величин, полученных для каждой серии измерений, вычислялись среднеарифметические зна­ чения со среднеквадратичной ошибкой, которая почти во< всех измерениях оказывалась больше статистической. За ошибку принималась большая из этих величин.

Влияние облучения на состояние источника

Как указывалось выше, все используемые нами источ­ ники были получены облучением изотопов на реакторе пу­ тем п—^-реакции (радиационного захвата тепловых ней-

•тронов). Известно, что облучение иногда может привести к коренным изменениям в строении вещества. Например, быстрые нейтроны при общем потоке 1 0 2 0 га/еж2 превра­ щают кристаллический кварц в аморфный [22].

Поскольку наши исследования непосредственно связа­ ны с кристаллической структурой, в частности с межъ­ ядерными расстояниями изучаемых веществ, целесообраз­ но остановиться на некоторых особенностях радиацион­ ных повреждений в кристаллических веществах после их облучения.

Установлено, что интенсивность радиационных нару­ шений зависит от двух факторов: вида и энергии облуче­ ния, а также от строения и свойств облучаемого кристалла. Чем плотнее кристаллическая упаковка вещества, т. е., чем меньшим свободным объемом оно характеризуется, тем меньше вероятность возникновения радиационных на­ рушений. При упоминаемом выше облучении нейтронами (102 0 п/см2) полиморфная модификация кварца, отличаю­ щаяся более плотной упаковкой, не изменяется.

Минимальная энергия, необходимая для смещения иона из узла решетки, при упругом столкновении для ней­ трона равна 291 эв, а для 7-квантов — 0,36 Мэв [22]. Та­ ким образом, радиационные нарушения при захвате теп­ ловых нейтронов будут возникать за счет 7-квантов (п—7- реакция). Энергия ядер отдачи, возникающих при вылете 7-кванта, может быть порядка 103 эв. Число смещений пер­ вично выбитым атомом с начальной энергией Е опреде­ ляется формулой [21]

Следовательно, число радиационных нарушений может оказаться достаточно 'большим. La— энергия атома, вы­ ше которой вся энергия теряется на возбуждение электро­ нов, а ниже — на смещение атомов (рис. 17).

При облучении металлов мы имеем дело в основном с плотнейшими, т. е. более устойчивыми к облучению, упа-

ковками. Кроме этого, такие факторы, как малое время облучения для короткоживущих изотопов и небольшое со­ держание исследуемого изотопа в естественной смеси..

8-Ю' -

4-Ю"

НО"

Рис. 17. Зависимость начала упругих взаимодей­ ствий от атомного номера.

уменьшают вероятность нарушений. Главный же фактор, который может полностью исключить все радиационные потери, — это последующий отжиг кристаллов.

В работе [84] подробно описан эффект термического от­ жига радиационных нарушений решетки. Оказывается, что для кристаллов с малой энергией кристаллической ре­ шетки отжиг может произойти даже при комнатной тем­ пературе. Поскольку в зоне реактора эта температура зна­ чительно выше, можно предполагать, что к моменту измерений ядерного резонансного рассеяния радиацион­ ные нарушения в значительной степени восстанавливают­ ся. Этой же точки зрения придерживался, например, Камминг с сотр. [61] при исследовании ЯРР на 6 3 Z n . Для полу­ чения источника они облучали медь протонами с энергией 10 Мэв. Считалось, что при температуре облучения 5 0 — 100° одновременно с образованием радиационных нару­ шений происходил и их отжиг.

При использовании в качестве источников твердых соединений (см. главу 6) кристаллы под действием облуче­ ния могут дополнительно разрушаться и в результате об­ разуются свободные радикалы. В ионных кристаллах, на-

пример, это происходит за счет отрыва электрона от анио­ на. Однако, как известно из работы [85], подобные радика­ лы в большинстве случаев неустойчивы.

Чтобы проверить справедливость предположений о со­ хранении структуры источника, мы провели соответст­ вующие рентгенографические исследования кристаллов. Снимались дифрактограммы ряда веществ (V, AI2O3, АЮОН) на приборе УРС-50-ИМ до и после облучения. Ре­ зультаты показали абсолютную идентичность полученных спектров (рис. 18).

72 68 « И 55 52 50 Hi НО 16 36 ІІ П її

—Q°

Рис. 18. Рентгеновские спектры до первого и после второго облучения (образцы приготавливались на парафиновой основе).

Для жидких источников при анализе действия излу­ чения на растворы получено [86], что энергия излучения поглощается молекулами растворителя. Прямое действие излучения на растворенные вещества обычно несущест­ венно. Поэтому изменения, которые происходят под дейст­ вием излучения, не могут явиться препятствием для ис­ следования ядерного резонансного рассеяния и с жидкими источниками.