Файл: Каипов Д.К. Ядерный гамма-резонанс и атомные столкновения.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.07.2024
Просмотров: 96
Скачиваний: 0
Г Л А В А 4
ЯДЕРНОЕ 7-РЕЗОНАНСНОЕ РАССЕЯНИЕ С Ж И Д К И М И ИСТОЧНИКАМИ
Постановка задачи
Как известно, жидкость представляет собой плотную, в среднем неупорядоченную систему. Проблема описания подобных систем в настоящее время пока не решена. Ашкрофт [87] отметил, что «теория жидкого состояния по сравнению с кинетической теорией газов и современной теорией твердого тела все еще находится в младенческом состоянии». Прежде всего это касается вопроса о межатом ных и межионных силах.
Действительно, сведения о потенциалах взаимодейст вия в газовых средах можно получить различными путя ми, в частности, при изучении кинетических свойств газов [88] или процесса упругого рассеяния атомов методом мо лекулярного пучка [89]. Однако экспериментальных дан ных о взаимодействии атомов в жидкостях пока мало [88]. Поэтому несомненный интерес представляют описывае мые ниже эксперименты по ядерному ^-резонансному рас сеянию с жидкими источниками, с помощью которых мо гут быть определены эффективные радиусы взаимодейст вия атомов низких энергий (20—200 эв) в жидкости, а также выбран вид потенциала отталкивания атомов для этой области энергий.
В проведенных экспериментах источниками были вод ные растворы солей или щелочей исследуемых элементов. Сечение ядерного ^-резонансного рассеяния при использо вании таких источников непосредственно зависит от про цесса торможения ядер отдачи в водной среде. Эта зависи мость выражается через величину микроспектра Р(ЕР).
При выводе формул (см. главу 2) для расчетов Р ( Е Р ) прини малось, что вся энергия системы кинетическая, ядра от дачи не имеют углового момента, а молекулы воды в на чальном состоянии находятся в покое.
Из сравнения экспериментально найденных значений сечения ЯРР и теоретически рассчитанных определялись параметры торможения L и средние длины свободного пробега I.
Среднее расстояние между молекулами в воде, по дан-
о
ным рентгеноструктурного анализа [90], равно 2,9 А . От сюда эффективные радиусы взаимодействия ионов отдачи
о
с молекулами воды выражаются как Лэфф =(2,9 — I) А . Исходя из экспериментально полученной зависимости І?„ФФ от заряда, мы исследовали применимость того или иного вида потенциала для объяснений взаимодействия атомных систем в жидких средах в области малых энер гий.
Эффективные радиусы взаимодействия
Как следует из сказанного, для получения эффектив ных радиусов взаимодействия необходимо знать величину сечения ядерного ^-резонансного рассеяния. Используя в качестве ^-источников радиоактивные изотопы 2 4 Na, 2 8 А1,
4 2 К, 6 5 N i , 8 8 Rb, |
" 6 |
I n ,1 4 0 La, мы изучали резонансные рассея |
|||||
ния на уровнях |
ядер 2 4 M g , |
|
|||||
2 8 Si, 4 2 Са, 6 5 Cu, |
8 8 Sr, |
I 1 6 S n , |
|
||||
I 4 0 Ce. |
|
|
|
|
|
A t |
Ъ/г-г,бтин |
а) |
|
Резонансное |
рассея |
|
|||
ние |
у-лучей |
|
на |
уровне |
|
||
1780 |
кэв 28Si. |
При исследо |
|
||||
вании ЯРР 7-квантов на |
|
||||||
уровне |
1780 кэв 2 8 S i |
в ка |
|
||||
честве |
жидкого |
источника |
|
||||
применялся водный раствор |
|
||||||
A1(N03 )3 • 9Н2 0, |
которым |
на |
|
||||
3 U объема заполнялись |
по |
|
|||||
лиэтиленовые |
пеналы. |
Ко |
|
||||
личество алюминия в од- |
|
||||||
Рис. |
19. Схема |
распада |
2 8 А1 |
|
|
||
|
|
2 8 S i . . |
|
|
|
|
|
5 - 1 |
|
|
|
|
|
|
65 |
ном таком источнике составило ~ 1 , 5 г. При облучении изотопа до насыщения полученная активность равнялась приблизительно 3 кюри.
Как следует из схемы распада 2 8 А1 (рис. 19), резонанс ному у-кванту предшествует р-распад, сообщающий ядру максимальную энергию отдачи 217 эв. Ее вполне доста точно для компенсации энергетической потери при излу чении и поглощении у-квантов А = 120,3 эв, поэтому при резонансном рассеянии наблюдается четко выраженный резонансный пик.
В качестве нерезонансного рассеивателя |
использова |
лась пластинка из металлического алюминия |
размером |
2 5 X 2 5 X 1 см. Для резонансного рассеивателя был взят |
|
шлифовальный корундовый материал (SiC). Содержание в |
|
нем кремния, по данным флюоресцентного рентгеноструктурного анализа, составляло 65 %. (Анализ сделан на уста
новке фирмы «Solartron».) |
|
|
|
|
В связи с коротким периодом полураспада |
эксперимент |
|||
проводился по следующей схеме: |
|
|
|
|
„ |
|
Длительность, |
||
Операция |
" |
мин |
' |
|
г |
4 |
|
|
|
Облучение изотопа |
|
7,5 |
|
|
Измерение фона |
|
|
5,5 |
|
Измерение с нерезонансным рас- |
|
|
||
сеивателем |
|
|
5,5 |
|
Измерение прямого пучка |
|
1,4 |
|
|
Облучение изотопа |
|
7,5 |
|
|
Измерение фона |
|
|
5,5 |
|
Измерения с |
резонансным |
рас- |
|
|
сеивателем |
|
|
5,5 |
|
Измерения прямого пучка |
|
1,4 |
|
|
Было проведено пять серий таких измерений. Две из них представлены в таблице 2.
Рисунок 20 иллюстрирует относительные интенсивно сти рассеянных излучений этих двух серий для резонанс ного и нерезонансного рассеивателей.
Для нахождения сечения резонансного рассеяния а=
= л -т= |
Ї — дополнительно к экспериментально полу- |
N
ченным величинам -?р^ и — ^ по формуле (46) рассчи-
Серия|
Таблица 2
Результаты измерений ЯРР с жидким алюминиевым источником
Опера |
|
( ^ А і ) п . п |
Фон |
|
ция |
*A1 |
|||
|
1 |
Номера |
|
|
|
|
|
|
|
каналов 3 3 - 4 1 |
34,5-44,5 3 3 - 4 1 |
34,5-44,5 3 3 - 4 1 |
|
|||
|
Счет |
653 |
7253 |
456 |
5809 |
345 |
0,0234 |
2 |
Номера |
|
|
|
|
|
0,8617 |
|
|
|
|
|
|
||
|
каналов 3 3 - 4 1 |
34,5-44,5 3 3 - 4 1 |
3 4 - 4 4 |
3 4 - 4 1 |
|
||
|
Счет |
652 |
7278 |
433 |
6052 |
346 |
0,0278 |
тывался коэффициент К, учитывающий геометрию уста
новки ( # = 1 , 2 2 - 1 0 " 2 6 , тогда а о к с п = (2,8 + 0 |
, 4 ) - Ю " 2 8 см2). |
Далее определялась зависимость о т е о р от L |
(рис. 21) для |
|
|
Жкшам |
времени жизни первого |
возбужденного уровня т=6,09- |
|
• Ю - 1 3 сек, взятого как |
среднеарифметическое |
из всех |
экспериментальных данных, полученных за |
последние |
|
годы [91]. Как следует из рисунка 2 1 , значение параметра
торможения для экспериментальной величины сечения
о
ЯРР равно (6,4 ±0,7) А, а так как для столкновения масс Si и Н 2 0 коэффициент /=0,308, то эффективный радиус
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
взаимодействия будет (0,93+0,14) А . |
Резонансное |
|
рас |
||||||
|
|
б) |
|
||||||
|
|
сеяние у-лучей на уровне |
|||||||
|
|
1,594 |
кэв |
|
ядра |
|
шСе. |
||
|
|
Ядерное резонансное рас |
|||||||
|
|
сеяние 1,594 Мэв |
7-кван |
||||||
|
|
тов на ядрах 1 4 0 Се с жид |
|||||||
|
|
кими источниками иссле |
|||||||
|
|
довалось |
в |
ряде |
работ |
||||
|
|
[56, 92]. В статье [56] бы |
|||||||
|
|
ло |
описано |
определение |
|||||
|
|
Р(ЕР) |
|
= 0,3 ± |
0,15-Ю-3 |
||||
|
|
из |
экспериментальной ве |
||||||
|
|
личины |
сечения |
|
ЯРР . |
||||
|
|
Если иметь |
в |
виду, |
что |
||||
Рис. 21. Зависимость сечения |
ЯРР |
времена |
|
жизни |
|
воз |
|||
бужденных |
|
состояний |
|||||||
от £Эфф для 2 8 А1—>-2 8 Si. |
|
925, 868, 825 |
и |
751 кэв |
|||||
|
|
||||||||
|
|
(табл. 3), |
вероятно, |
заве |
|||||
домо больше 10~ 1 2 сек, то из рассмотрения значений |
Р(ЕР) |
||||||||
|
|
Ь = 7 |
|
|
о |
|
|
|
|
видно, что эта величина |
при |
и |
6 А |
для |
пере |
||||
хода (3(2180) 7*(1594) более чем на порядок выше значения Р(ЕР) для остальных каскадов. Следовательно, основной вклад в сечение ЯРР вносит (3(2180)—7*(1594)- распад. Каскады (3(13 50)73 (328)72 (487)YI*(1594) И (3(1670) Y2 (487)YI*(1594) не учитывались совсем: первый — из-за большого времени жизни уровней 328 и 487 кэв, второй —
из-за |
большого времени жизни 487 кзв-перехода — т = 5 - |
|
• 10~9 |
сек [93]. Таким образом, в первом приближении |
при |
расчете зависимости сечения резонансного рассеяния |
от |
|
параметра торможения для конденсированных источ
ников можно учитывать |
только |
|3(2200)7*-каскад |
(рис. 22, 23). |
|
|
В нашем эксперименте источником был водный раствор
азотнокислого |
лантана активностью |
порядка |
0,5 кюри. |
Так как период полураспада 1 4 0 L a |
достаточно |
большой |
|
(Г и = 4 0 час), |
то все измерения проводились |
с одним и |
|
тем же источником. В качестве резонансного рассеивателя
|
|
|
|
|
|
Таблица |
З |
|
|
|
Значения Р(Ер) для отдельных каскадов в случае ядерного |
|
|||||
|
|
резонансного рассеяния на М 0 Се с использованием жидкого |
|
|||||
|
|
|
источника M 0 L a |
|
|
|
||
|
|
(ті = |
1Д-10- 1 3 сек, энергия переходов, кэв) |
|
|
|||
ад |
|
|
|
|
|
|
||
о |
|
Р (1240) |
Р (1298) |
Р (1350) |
р (1450) |
Р (2180) |
L, |
|
со |
" |
|||||||
7 0 2 5 ) |
7 (868) |
7(825) |
7(751) |
|
||||
|
|
|
о |
|||||
|
|
8,00% |
6,18% |
26,31% |
4,58% |
5,72% |
||
|
|
А |
||||||
1 0 , 1 0 8 - Ю - 2 |
0 , 8 1 0 - Ю - 3 |
0 , 3 1 0 - Ю - 2 |
0 , 4 7 6 - Ю - 3 |
0,410 - Ю - 3 |
|
|||
3 0 , 5 4 0 - Ю - 3 |
0 , 3 9 8 - Ю - 3 |
0 , 1 4 5 - Ю - 2 |
0 , 2 0 6 - Ю - 3 |
|
|
|||
10 0 , 1 9 5 - Ю - 3 |
0,144-Ю"3 |
0 , 5 2 6 - Ю - 3 |
0 , 7 5 6 - Ю - 4 |
|
10 |
|||
30 0 , 6 8 8 - Ю - 3 |
0 , 5 0 7 - Ю - 4 |
0 , 1 8 4 - Ю - 3 |
0 , 2 6 5 - Ю - 4 |
|
|
|||
1 0 , 2 9 3 - Ю - 3 |
0 , 2 1 8 - Ю - 3 |
0 , 8 1 6 - Ю - 3 |
0 , 1 2 2 - Ю - 3 |
0 , 3 5 3 - Ю - 3 |
|
|||
3 0 , 1 3 8 - Ю - 3 |
0 , 1 0 1 - Ю - 3 |
0 , 3 6 8 - Ю - 3 |
0 , 5 2 2 - Ю - 4 |
|
|
|||
10 0 , 4 5 6 - Ю - 4 |
0 , 3 3 9 - Ю - 4 |
0 Д 2 5 - 1 0 - 3 |
0 , 1 8 3 - Ю - 4 |
|
|
|||
30 0 , 1 6 7 - Ю - 4 |
0 , 1 2 2 - Ю - 4 |
0 , 4 3 4 - Ю - 4 |
0 , 5 9 5 - Ю - 5 |
|
8 |
|||
1 0 , 1 3 8 - Ю - 3 |
0 , 9 5 0 - Ю - 4 |
0 , 3 7 0 - Ю - 3 |
0 , 6 5 0 - Ю - 4 |
0 , 3 1 2 - Ю - 3 |
|
|||
3 0 , 6 3 0 - Ю - 4 |
0 , 4 1 0 - 1 0 ~ 4 |
0 , 1 6 0 - Ю - 3 |
0 , 2 4 4 - Ю - 4 |
|
|
|||
10 0 , 2 2 1 - Ю - 4 |
0 , 1 4 3 - Ю - 4 |
0 , 6 7 5 - Ю - 4 |
0 , 8 0 0 - Ю - 5 |
|
.7 |
|||
30 0 . 7 3 0 - І 0 - 5 |
0 , 4 7 0 - Ю - 5 |
0 , 2 2 0 - Ю - 4 |
0 , 2 7 0 - Ю - 5 |
|
|
|||
50 0 , 3 7 0 - Ю - 5 |
0 , 2 4 0 - Ю - 5 |
0 , 9 0 0 - 1 0 _ Б |
0 , 1 2 0 - Ю - 5 |
|
|
|||
1 0 , 6 8 0 - Ю - 4 |
0 , 5 1 0 - Ю - 4 |
0 , 1 9 7 - Ю - 3 |
0 , 3 0 7 - Ю - 4 |
0 , 2 8 4 - Ю - 3 |
|
|||
3 0 , 3 0 6 - Ю - 4 |
0 , 2 2 2 - Ю - 4 |
0 , 7 8 9 - Ю - 4 |
0 Д 0 7 - 1 0 - 4 |
|
|
|||
10 0 , 9 1 2 - Ю - 5 |
0 , 6 8 0 - Ю - 5 |
0 , 2 5 5 - Ю - 4 |
0 , 3 8 2 - Ю - 5 |
|
6 |
|||
30 0 , 3 5 4 - Ю - 5 |
0 , 2 5 9 - Ю - 5 |
0 , 9 2 1 - Ю - 5 |
0 , 1 2 6 - Ю - 5 |
|
|
|||
применялись соединения Ce(N03 )3 и Се2(в04)з, которыми заполнялась кассета из органического стекла размером 2 5 X 2 5 X 5 см. Содержание Се равнялось 3500 г. Для нере зонансного рассеивателя использовался лист 2 5 X 2 5 X 1 см металлического Cd. В процессе эксперимента рассеиватели менялись каждые 25 мин. Распад за это время составил менее 2 % . Для компенсации этого небольшого изменения активности порядок измерения с рассеивателями чередо вался. В связи с тем, что измерения проводились в течение относительно длительного времени, периодически снима-