Экспериментальное исследование спектров электронов ОЖЕ в радиоактивном распаде с помощью магнитного бета-спектрометра высокого разрешения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

^ 0П

3, '\ott7

' НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР "ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ"

На праЬах рукописи УДК 535.163

Казнсвецкий Александр Борисович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ЭЛЕКТРОНОВ ОЯЕ • В РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ С'ПОМОЩЬЮ МАГНИТНОГО БЕТА-СПЕКТРОМЕТРА ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

Специальность 01.04.16 физика ядра и элементарных частиц.

Автореферат диссертации на соискание ученой: степени кандидата физико - математических наук

КИЕВ - 1996

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в.НЦ "Институт ядерных исследований" НАН УКРАИНЫ. ' '"

Научные руководители: доктор физико-математических наук

Феоктистов Алексей Иванович доктор физико-матеьштических наук Кунряшкин Владимир Тихонович

Официальные ошюненты: доктор физико-математических наук

Ведущая организация - Харьковский Государственный Университет

специализированного совета Д 01.68.01 при НЦ "Институт ядеркых исследований" HAH Украины по адресу: г. Киев, пр. Науки, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯИ АН Украины.

Автореферат разослан "5С" декабря 1996 г. Ученый секретарь специализированного

.Шевченко Валерий Андреевич кандидат физико-математических наук Гаврилюк Виктор Иванович

Защита состоится января 199?г,в /¿^-Часов на заседании

совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Достоверную информации о структуре и свойствах зтс.янх- ядер, энергиях и татенспвностях ц- переходов, их мультнполмюстях, эффекте проникновения, квантовых характеристиках состояний позволяют получить исследования электронов внутренней конверсия ( ЗЕК ) с помощью магнитных бета-спектрометров высокого разрешения. Для улучшения работы таких спектрометров требуется разработка новых методик измерений.

Процесса, происходящие в атомном ядре, могут вызвать ионизации внешних оболочек атома. Она приводит к изменению энергии связи электронов на внутренних оболочках и вызывает смещение конверсионных и еяв-линий, изменение их интепсивностей. Такие эффекты очень слабы и требуют прецизиопшх. измерений, которые можно вьгаолпить только на бета-спектрометрах високого разрешения. При этом относительные интенсивности конверсионных и оже-линий необходимо померять с точностью 12, a itx относительное полокение-с точностью 1 эВ.

Такие высокие требования вызвали ' необходимость усовершенствования некоторых узлов бета-спектрометра и автоматизации процесса измерения спектров конверсионных и о;:;е-электроноп. Высокая точность- экспериментальных -данных позволила пронести проверку существующих теорий оже-процессов и обнаружить очень слабый эффект в атомах - изменение, энергии оке-линии при различных способах возбуждения атома.

Цель работы. Поставлено несколько конкретных практических задач:

Создать автоматизированную систему управления источниками питания спектрометра на базе разработанных функциональных узлов и стандартных модулей КАМАК.

Провести точные 'измерения энергии и относительных интепсивностей линий оже-переходов KLL, KIM и KLN-групп в атоме Lu ( лютеция ) из распада ,75Я£ ( гафпия ). Полученные экспериментальные данные . сравнить с результатами других исследований и теоретическими расчета™.

Разработать методику точных измерений и обработки результатов на ЭВМ для определения точных значений энергий и относительных интепсивностей оже-линий.

Исследовать лянпй Ktt-грушш Оке-электронов Lu из распада изотопа ,75УЬ к сравнить значения энергий и относительных интенсивностей с данными, полученными нами из распада, 17SHi, а такие с данными теоретических расчетов для атома Lu. Выяснить есть ли смещения оке-лишй от способа образования вакансии для этого атома.

Провести измерение линий KLL-rpymni Сце--алектронов для атома 1г ( иридия ) кз распада изотопов !9'*0з и 19,Pt. Сравнить полученные экспериментальные данные с теоретическими расчетами.

Исследовать зависимость энергия око-электронов в атомах Lu и 1г от способа образования вакансии . ■ '

Научная новизна работы.

■ Разработана и создана автоматизированная система управления источниками питания магнитного . бета-спектрометра на базе ■ разработанных узлов к стандартных модулей ШАкК. Она позволяет задавать оптимальный .реями раз&йишчивания, что • повышает надежность .проведения эксперимента и поддерживает необходимое разрешение прибора да вдсоком урозне. Создан функциональный узел развертки напряжения па радиоактивном источнике бета-спектрометра и автоматизирован процесс регистрации и считывания экспериментальных данных на . ЭВМ тина IBM PC.

. Проведении измерения Ь-линий внутренней конверсии >100.1 кэВ из распада 18гТа для проверки характеристик спектрометра. Эти измерения показали, что автоматизированная система управления источниками питания . спектрометра_ позволяет определять относительное положение линий с точность® ~ 1 эВ, а относительные интенсивности линий с точностью ~ 1 %.

Разработана методика измерений и обработки результатов на ЭВМ для точного определения значений энергий и.относительных интенсивностей онсе-линий. .

Определены с высокой - точностью энергии и относительные интенсивности ожетлкнии КЫг-группы Lu. .Получение значения энергий линий KLL-группы Оке-электрон , отличаются на 13 - 20 чВ . от теоретических расчетов, что-' указывает на необходимость уточнения теоретических расчетов.' Впервые проведенн экспериментальные исследования KLM, KLN-rpyim Оже-злектронов Lu, получены значения энергий и относительных интенсивностей для 14. линий этих .групп оже-перехрдов.

Измерено смещение оке-линий НХ-грушш Ш. при электронном

захвате в ' 75Ю относительно оже-линий этой группы при р- распаде •

Определено экспериментальным путем смещение • линий ' для КГХ-группы Оже-злектронов 1г при различных способах образования вакансии (злектротый захват в ,91Р1;.и. р- распад в 1Э,0з).

На основании полученных • экспериментальных.* данных построена зависимость энергии взаимодействия между двумя злектрошпд щ вакансиями на Ь-подоболочках от Ъ для области б0<г<00.

Научная и практическая ценность работы.

Созданпая автором автоматизироваштая система управления источниками питания магнитного бета-спектрометра успешно используется для измерения спектров электронов внутренней конверсии, оже- и р-снектров, обеспечивая при этом основу для дальнейшей модернизации и усовершенствования спектрометра.

Полученные в работе экспериментальные значения энергий были измерены с точностью порядка 1 эВ, а относительные 'интенсивности линий КИ-группы оке- спектра Ъи с точностью порядка 1 % и могут быть использованы для уточнения теоретических расчетов.

Измеренные экспериментальные данные для энергий к относительных интенсивпостей оже-лилий КШ, КШ-групп могут быть использованы для уточпения теоретических расчетов, а также для индентификации линий в конверсионном спектре.

Методика измерений и обработки результатов на ЭВМ применяется для точного определения значений энергий и относительны;: интенсивпостей оже-линий.

Впервые обнаруженный эффект смещения оже-линий в атомах Т,и к 1г позволяет лучше понять природу зависимости энергия Ожё-злектронов от способа возбуждения атома.

Полученная зависимость энергии взаимодействия между двумя вакансия™ на Ь-подоболочках от ?, позволяет, судить о механизмах динамики оже-процессов при перестройке электронной оболочки атома. .

Апробация работы.

Изложенные в диссертации ' результаты исследований: докладывались на 40-44 Международном Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, на Я (Ужгород,1990), о (Дубна,1992) и 10 (Валдай,1994) Семинарах па точным измерениям п

ядерной спектроскопии, на ежегодных, конференциях ИЯИ АН 'Украины. Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, к заключения. Полный обьем диссертации составляет 122 страницы машшокисного текста, в том числе 9 таблиц, 31 рисунок. Сшюок литература содерют 101 наименование на 10 страницах.

' СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ. Во введении обосновывается актуальность создания

автоматизированной системы управления источниками питания магнитного бета-спектрометра и исследований выпояаеных на нем. Здесь сформулированы цель и основные задачи работы, а также результаты, которые выносятся на защиту.

Первая глава посвящена описанию созданной ' наш автоматизированной системы управления источниками питают магнитного бета-спектрометра. Создание автоматизированной системы связано с необходимостью управления'работой спектрометра с помощью ЭВМ. Это позволило в автоматическом режиме проводить размагничивание бета-спектрометра. По заданной программе задавать напряжение на радиоактивном источнике' спектрометра, а такие проводить в автоматическом режиме считывание и обработку результатов измерений на ЭВМ. В связи с этим нами были разработаны высокостабилыше источники питании управляемые от ЭВМ.

Структурная блок-схема автоматизированной системы управления бета-спектрометром показана на рис.1. Она состоит из следующих функциональных узлов:

1. Из крайта КАМАК N1 с модулем автономного контроллера крейга (НА), двух модулей скоростной передачи дашшх (ШЩ).

2. Узла автоматизированного управления напряжением развертки на радиоактивном источнике бета-спектрометра.

3. Узла автоматизированной регистрации дашшх бета-спектрометра.

4. Фушщионамыюго измерительно-вычислительного узла, постоялого из ЭШ типа СМ-4 и ТГА! КЗ, отдельного крейта КАМАК N2.

.5. Узла тшдан'гиэироьшшого размагничивания бета-спектрометра.

П|ч.ф»м:тпо обпепочояик специально разрпботашюе для упраплштя (¡ста-■-си;-нтро№ .47.0:1 дршгатпя па жестком диске ЭВМ тиял ТВМ ГС Л'!1. Пр5' :лги:ускп оно ш'рлгагип.-нсси в тинть уг.тсномиого

г

IBM PC

ИВК CM-4

Контроллер -—

мспд —ЗТ

"TT

. Узел развертки ^напряжения

Lt

Узел управления размагничиваем

JUL

Sil

Ч/

МСПД

±¿L

Узел регистрации данных

7T¡

млпгстпят КАМЛКкреПт

Магнитный бета-спектрометр

Рис. 1 Блок-схема автоматизированной системы управления бета-спектрометром.

контроллера крсйта Ш, который управляет работой всех функциональных узлов. Для организации связи бета-спектрометра с ЭВМ били использованы серийные модули скоростной передачи данных (ЮШ в стандарте КАМАК:

Для двухстороннего обмена информацией между измерительным комплексом WBK-3, поддерживающего отлаженные методики научных экспериментов в отделе, ' с современными мощными средствами обработки информации, на ЭВМ .типа IBM4 PC, был разработан двухсторонний интерфейс. Программные пакеты, разработаные пани обеспечивают полный двухсторонний информационный обмен между ИВК.-3 И IBM PC.

Узел управления высоковольтным напряжением развертки бета-стюктрометра; построен нами па основе модулей 'КАМАК;. выпускаемых -промышленностью блоков, а также наготовленного нами высокостабильного высоковольтного ■ блока. ' Узел управления 'высоковольтным напряжением обеспечивает подачу заданного потенциала -на радиоактивный источник спектрометра, . его автоматическую развертку в интервале от -5 кВ до +5 кВ с шагом 0,1 В. Он обеспечивает высокую стабильность, высоковольтного напряжения, которая не превышает величины ±0.017>. Точность установки напряжения на выходе высоковольтного 'источника, не хуже 0.1 В.

В процессе измерений на бета-спектрометрах с железным нрмом, при одних и тех. же напряжениях на основной катушке , должна быть воспроизводимость поставленного эксперимента. В связи-с этим наш был разработан управляемый от ЭВМ функциональный узел размагничивания бета-спектрометра. • Оптимальны!; значения циклов размагничивания задаются программно при помощи ЭВМ. Они записываются в память автономного контроллера крейта N1, который управляет работой блоков узла размагничивания бпта-спектрометра.

Узел регистрации данных магнитного бетз-епшетрометра выполнеп в стандарте ИК, Управление узлом регистрации данных осуществляется автономным контроллером. Измерения . еппктроп электронов внутренней конверсии, ожа и бета-спектроп по ' выбранным в соответствии ' с заданной программой точкам производятся при постоянном магнитном поле путем снятия зависимости скорости счета импульсов счетчиков Гейгера-Мюллера от величины электрического . напряжения, приложенного между источником и каморой спектрометра.

Для определения точности, ' которую обеспечивает автоматизированная система управления бста-спектромвтром, нами был проведен эксперимент по изучению Ь,-Ь3-линий перехода, /100.1 иэВ ,ог1У. С этой целью пами были изготовлены источники 1В2Та, которые были получены в реакции (п-, у) при облучении на реакторе напыленных на А1 фольга размерами 0.4 х 10 шг слоев 1 в,Та толщиной 30м1сГ/см2.

Проверка правильности работы всей автоматизированной систеш управления заключалась в измерении отношений готенсивностей Ьд/12 и Т,2/Г.3, определения энергии этих линий и сравпешге полученных результатов с теоретическим! значениями Хагера и Зельтцера. По результатам трех измерений, били получены средневзвешенные значения отношений ¡гатенсивностей линий, которые оказались следующими: I,,/^=0.0836 ± 0.0014 и 1,2/Ьз=1.125 ± О.ОШ.

Эти значения в пределах ошибки хорошо совпадают с теоретическими значениями Хагера и Зельтцера Ъ^/Ъг=0.0828 и Т,2/1,3=--1.123; Значения энергии, полученные в результате эксперимента, составляют соответственно для Ьг, Ь3 Е=С8007,7 ± 1.5 эВ, Е=885б4,7 ± 1.5 эВ и Е=09904,7 ± 1.4 эВ. Проведенное измерение показало, что автоматизированная система управления бета-спектрометром позволяет определять относительную интенсивность'линий с точпостьп . а относительное положение линий с' точностью эГЗ. Во второй главе изложены результаты экспериментальных исследований спектров Оже-электронов КЬЬ.КШ и КШ-групп 1.75Т,и из распада 175НГ. ■ . "

Для точпого определения значения энергии оже-линий,•нами была разработана методика измерений и обработки результатов па ЭВМ. Она заключалась' в следующем. Чтобы определить энергии линий Шг-группы Гл'необходимо' в данном спектре иметь по крайней мере одну линяю, которая известна с высокой точностью. Однако иблизи оже-снектра Ш такой лнпии нет. Поэтому, для энергетической привязки КЫ.-спектра Оже- электронов Тла был приготовлен специальный источник, в котором к 17"И бия добавлен 16"VI) в весовом соотношении 47 : -1. Полученная смесь изотопов напылялась в вакууме на алшинпвую подложу и облучалась на реакторе в (п,-^-реакции. При распаде 169УЬ возникал КИ,-спектр Тга, который был измерен ранне с высокой точностью. В ходе измерений мы определили энергию КТ.2Т.э-линии 1л 'с максимально возможной точностью и использовал« ек и качестве-

«.

репера при определении энергии остальных линий KLL-группы Lu. В оме--спектре KL2L3-линия наиболее интенсивная и одиночная, поэтому она удобная для этих целей. Нами были проведены измерения • участка оже-спектра, содержащего KL2X3-линии Lu и Ига, определена разность .энергий между ними, она составляет 2589,8±1,8 эВ. Значение энергии К121,3-линии Тт было определено ранее в нашем отделе с высокой точностью и составляет 40919,8*1,6 эВ. Полученное в результате измерений абсолютное значение энергии К.Ь2Ь3-линии Lu составило 43509,б±1,8 эВ. После определения энергии КЬ2Ь3-линин атома Lu, мы* пропели измерение KLL-снектра Lu используя источник ,?BHí. Источник 175Н1 был приготовлен путем облучения на реакторе нейтронами мишени из тонких (20-40 мкг см"2) слоев фторидов гафния HfF4. При обработке полученных данных, ми определили разность л анергий между КЬ2Х3-линией и линиями оже-снектра. Прибавляя или вычитая от значения энергии КЬ2Ь3-лшши соответствующие точные значения разностей л, мы определили значения энергий остальных линий КЫ-снектра.

Методика обработки результатов измерений на ЭВМ, заклачалась в следующем: одна из наиболее интенсивных линий в оже-спектре измерялась по возможности с максимальной статистической точностью. Затем вычитается фон, а сама линия описцвалась в промежутках мевду экспериментальными точками методом кубических сплайнов. Эта линия использовалась в качестве приборной (табличной) линии, которая определяет экспериментальную форлу ' линии. В нашем случае за приборную принималась KL2L3-линии. Вписывание одной линии ожо-спектра в другую проводилось на ЭВМ по специально, разработанным программам. ' Обработка . проводилась lio методу наименьших квадратов. При этом варьировались параметры, фона под линиями, оглашения амплитуд линий, положения, линий в каналах и отношения полуширин линий. Исходные приближенные значения всех параметров к их приращения вводились с монитора ЭВМ. .Искомые значения получались в результате минимизации величины:

Yi ~ Yi )',

t't о | ,

где Yj- наблюдаемая скорость счета в точке ее неопределен-

ное ть.Н - количество точек lia участке сиглстра.

Погрешности всех порлмнтроп получают из параболической

(

* ' -О

зависимости хг=хг(а,), где -исследуемый параметр. Стандартами ошибки йа, определяются с помощып соотношения: Хг(а 0ПТ ±Л* ) = Хг 4-1,

опт 1 1 л iп

где а^ - оптимальное значение параметра я,', минимизирумипе величину х2.

Погрешность каждой линии оже-спектра складывалась им погрешности определения расстояния л между линиями оже-спектра и КЬ2Ь3-линией, погрешности связанной с неточностью определения цены канала и погрешности в значении анергии К12Г,э-линии.

На рис.2., представ л он оже-спектр Т,ч, получепный в одной им серий измерений. Результаты измерений значений эпергий линий RT.Tr-группы оже-спектра Т,и ц относительных интенсявпостей приведены в таблице 1. Сопоставляя полученные значепия энергии КГ.Тг-линий с теоретическими значениями Ларкипса мн получили, что расчеты дают систематически заниженные но 13-20 эВ значения энергии для всех компонентом спектра, кроме КЬгТ.2-лтпти. Для пее расчет превышает эксперимент па 9 зВ. Проведенное измерение энергии КЫ.-пруппы Оже-электронов имеет точность в 5-10 раз выше, чбм в работах других авторов.

В.таблице также проводится сравнение полученных относительных интенсивностей линий ИVгруппы с результатами релятивистских расчетов Чена и др., которые в целом.удовлетворительно Согласуются с расчетными.

Нами были проведены измерения энергий и относительных интепсимпостей Линий оже спектра 1СШ и КШ-группн Тя. Оже-спектр этих групп линий Ъи наблюдался в распаде ,75И. Для определения энергии линий этих групп Оже-электронов, ш воспользовались тем обстоятельством, что в спектре оже-линий находится конверсионная линия К113 1-7В1и. Значение 'анергии этого у-иерехода составляет 113В05±4 эВ. Энергия Связи К-электронов и Ьи известна с высокой точностью из работы • Рирдена и Рура. Ее 'значение составляет 63313.8*0.5 эВ. Зная эти величины мы определили значение Вк-энергии КПЗ, оно составляет 5049014 эВ.

В начале мн установили расстояние между конверсионной линией !С113 и линией КТмМ, и определили ее абсолютную энергию 49374.2*4.2 пВ. После вычитания фона ГСГ^М^-литя этого спектра использовалась в качестве приборпой (табличной) линии, которая определяла форму экспериментальной линии в дальнейшей обработке по методу

10000

8000-

6000-

4000 -

Г —_., „ " 1 .' I кчч. 1 1 l

<4> -

í

¡!

i!

i!

í!

i!

кцц ji

<Vpo> 1 i! i! •

КЧЧ 1 \ !t ¡j КЦЦ i ! i ! ¡ i ■

('s0) i'l (3P,,3P2) i ! 1

i' 1 i КЦЧ

Ii i! /1 1 i (44)

• !i ¡i 1 i

'! ' J¡ i ,1.

i i i . i i! '

1 ! i I \ \ ' l ■1 ! t i i "

■ i i ¡ КЧЧ 1 Г I i 1 1 / ! I , i !

i ! ¡ 1 ('V i ! i 1 , 1 1

' 1 / '■__/' i f\ / i 1 / V

> ..i. •— ; s.

-10

-3,0

•2,0

•1.0

о

и,kB

Ph.-..2. Спектр KI,!. - линий Оясе - элскт|>он(>в Lu.

Таблица 1.

Энергии и относительные интенсивности линий КЬЬ-грушш оже-спектра Ьи.-

Линии. ске-снехстра Энергия око-лишй, эВ Относительная интенсивность

На на работа Теория Ларкипса Наша работа Расчет Чена и др.

КЬ,Ь, СЭо) 41331,4(20) 41363,1 0.448(6) 0,459

(%) кь,ь2 (3Ро) 41911,9(18) 41057,7 0,505(5) 0,436

41952,4(18) 41939,6 0,173(6) 0,269

(ЭР,) кьгьэ (3Р,) 42990, (20) 42968,8 0,341 (5) 10,366

43060,4(25) 43044,1 0,132(4) 0,151

КЬ2Ь2 42373 (3) . 42383,3. 0,079(4) 0,076

КЬ2Ь3 (%) 43509,6(10) . 43490,0 .1,00 (1) 1,00

(3Ро) КЬ3ЬЭ (ЭР2) 44589 (4) г. 44560 6 0,072(4) 0,0764

44638,1(19) 44607,4 0,351(5) 0,381

-¡-1-1-.-1-i-1-1-г

. r-1 J II

KLj M, M2 M3 M4M5

I-p-ГТТ-

Kij M, Mj M3 M4 Ms

III и

KL. M,M2MS м4 Ms 1 КПЗ

4-

--Ill III

N,N2N3N4iS О

~ТП--пт

N, Nj N, N15 О

1000

л-»

.Ii'.

I

V \J I

h 'M

J> J °. 1

Л/' ' V

-,-1-—(—

-1,3 -0,65

-|-i-f—

о 0,65

-1Î.U

г 1,3

+2,G и,kB

I'iic.3. Спектр К1.Х-лишш Оже-элсктронов Lu.

Таблица 2.

Энергии и относительные интенсивности

линий КЬХ-группы ожс-спектра Ьи.

Энергии ока-линий, зВ Относительные

Лиши интенсивности

оке-спектра Наша Работа Расчет Наша Работа Расчет

работа Гизояа Ларкинс работа Гизона Еабенков

49874(4) 49875 49865,2 • 100 100 100

КЬ,Н2 50110(4) 50118 50108,3 79(4) 78 79(5)

КЬ^Мэ 50352(4) 50374 50343,4 68(3) 130 67(5)

кь,м, 50409(4) 50399.2 80(9) 50(6)

кь2м2 50592(4) 50606,С 10(3) 13(3)

кь,м4 50719(5) 50950 50724,5 29(6) 110 19(4)

кь,мв 50795(5) 50775,4 50(6) 48(4)

кьаи3 50880(5) 50862,3 125(6) 120(5).

КЬ2М4 51240(0) 51290 51232,7 8(6) 22 24(2)

КЬ2№5 51312(8) 512.91,7 14(6)

■ КЬэи, , 51513(5) 51512 51500,4 50(5) 35 44(5)

КЬ3М2 51732(4) 51734 51727,9 1 Ш(5) 110 95(5)

кь.н, 51910(5) 51966 - 30(5) 140 25 (Ь)

К1.3М3 51971 (4) 51941,0 106(5) 96(5)

КЬ^г 52009(5) 52060 - . 36(5) 12 27(6)

К1.,мэ 52044 (7) 16(5)

КТ>3М4 {>2374(6) 52340 21(3) 32(5)

52<1:!В(8) 52401,3 46(4) 32(5)

наименьших квадратов.

На ряс.3: представлен участок оже-спектра, содержащий линии КШ и КГи-1'pyuu, полученный в. одной из серий, измерений. Из экспериментальных данных о положении линий в спектре ми'определили значения разностей йЕ=ЕК1И1-ЕХ1Х, а затем по изложенной выше методике и значения энергии Ш1 и Ш1-линий оке-сиектра.

В таблице 2 приведены значения абсолютной энергии оже-линий после проведения обработки результатов измерения. Полученные нами значения" энергии сравниваются. с . расчетами энергии КШ-линий вьтолпепьииЛаркиксом. Из таблицы 2 видно, что энергии наиболее интенсивных одиночных, лилий ИМИ2 . и К1ЭК2, хорошо совпадают с теоретическими. Для. остальных линяй ожа-спектрз. зпачешш энергии имеют расхождения с теоретическими расчета:.« от 5 эВ .до 30 зВ.

Относительные интенсивности ИМ и' КШ-линий, полученные в наших измерениях, сравниваются с' теоретические значениями, приведенными в работе Бабенкова и удовлетворительно согласуются с некими значениями. ■ ■' '.

Следует отметить, что КШ и КШ-переходы плохо исследованы для всей области Z. Всего КЬХ-снектр исследовался в 16. атомах. Нами впервые экспериментально определен значения" энергии 14 линий переходов этой группы Оке-электронов.

. В третьей главе . описаны эксперименты по исследоватгаю зависимости энергии■Оже-электронов■от способа образования вакансии на К-оболочке. ;

При измерении ожо-спектров И ■ было обнаружено, что энергии Шглиний при р"-распаде 102 •1 впТа на (4,5*1,5) эВ меньше, чем при электронном захвате 18 3,18 В последующих исследованиях были провеДепы измерения оже-спектров Ей. Оказалось, что при сравнении энергии оке-линий из распада 153Gi (электфнный захват) и 153Sm ((Г-распад), при электронном захвате энергии КТ.Ь-линий- на (11,б±1,0) эВ больше чем при -распаде: В данной рзботе продолжены исследования этого эффекта для атома lu при р~-распаде 17SYb и электронном захвате в 175ПГ а также для атома Ir "при f) "-распаде 13,0s п электронном захвате в 191Pt.

С этой целью нами были проведены измерения энергии КТ.Д,Э-липки Оже-электронов 1г на магнитном бета-спектрометре. Радиоактивные"источники 191Pt и 1910з были получены в ; (п,() -реакции при облучении на реакторе мишеней из топких напыленных на

•09

-г-

о«

Рис.4. Участок спектра !г в распаде 191Оя.

5000т-1 . , ',. , ,. ,-—

К129

: I

; н

0,3

0,4

0,9 и, «в

Рис.5. Участок спектра 1г п рап^тс"'!'!. -15-

о.ч

!Гл1/

алюминевуго фольгу слоев (30-50 мкг.-см"2) ,90рг и ,чп0з.

Для достижения высокой точности определения анергии линий Оже-электронов 1г, было использовано то обстоятельство, что рядом с ожс-линвдми как в распаде 191РЬ, так и в распаде 1910р находится К-л1шия т-перехода 129 кэВ. На рис.4. и рис.5. представлены участки спектров, Оже-электронов полученные из распада 191Об и 191Р1 в одной, из серий измерений. Дня уменьшения систематических ошибок измерения спектров проводили в одинаковых условиях. Нами были измерены взаимные расстояния между реперной конверсионной линией К129 и КЬгЬэ-ллтшми Оке-электронов в распаде ,910з (Э'-распад) и распаде 191Рг (электрохншй захват). После вычитания фона линия К129 в распаде 1910з описывалась методом кубических сплайнов и использовалась в качестве 1гриборпой для дальнейшей обработки спектра по методу наимоньштх квадратов, она также использовалась в качестве приборной для. описания. К1.21э-линйи и разложения дублета К129 + КГ.3Ь3 в распаде 141

Измеренные расстояния мекду КЬгЬэ-линиай оже-спектра и К129 1г в распаде ,910з и 1в1Р1; • оказались соответственно равны 1506,8±1,5 яВ и 15ПЗ,2±1,5 эВ. Таким образом, энергия КЬ2Ь3-линии в распаде 1Я1Р1; оказалась больше, чем в распаде'191Оя на 3,6.-2,1 яВ.

. Для точиого определения энергии |129 наш было проведено измерение по разрзботаной нами методике. С помощью рентгеповского ПРОп-детектора й разрешением'490 эВ на -»-лилии 122 каВ 57Со,- мы получили для линии к129 1910з значение_энергии 129432 ±1 эВ.

Воспользовавшись полученным.точным значением для лиши т'29, измеренными энергетическими' разностями КЬ21|3 - К.129 ,910я и величиной энергии связи электрона па К-оболочке 1г: 76111,0±0,5 эВ, мы определили значение энергии КЬ2Ха-лкнии 1г в распаде 1Ч10з. Это значение) . составляет 51814,2±.1,9 эВ которое хорошо согласуется с расчетным значением пынолненкми Ларкинсом .Все ръзультаты но пученные п ходе измерений приведены в таблице 3.

Для исследования оже-спектра Ьи в распаде ,75УЪ мы изготовили специальные источника. В ' них для энергетической привязки КТ,Т-спектра ш к обогащенному до 13% 17 "УЪ был добавлен о'югщпипШ до г О,в весовом соотношении 13:1. После облучения на реакторе в (п,*)-реакции при распаде изотопов 17ЧУ1) и '"УТ» можно было одновременно наблюдать ода: -г,потиры Г,и и Тт.

1блща 3. • . -

ючепие. энергий линии i129, KI2La-линии Ir и величины смещения гергии К1,21э-линии. •

Изотоп Растоянио Значение • • Значение Значение

1 - между анергии анергии Kt2L3 величины

линиями линии у129,эВ линии 1г,эВ смещения

KL2L3 Ir Наша Работа Наша Расчет энергии

и К129, работа Бирдека и работа Ларкинса KLL

эВ ' Бура линий, зВ

гэ,0з 1503,2

(1,5) 129432 129431,0 51014,2 51815,7 3,6(2,1)

(1,0) (5,0) (1,9)

191pt 1506,8 (1,5) 51817,8 (1,5) л-

На рис.б. представлен участок спектра, содержащий обе' эти ' тегии. При обработке измерений по программам КЬ2Ь3-линия 1 е 9Тш ^пользовалась в качестве приборной. Полученное в результате таких змерений взаимное расстояние мевду ' KL¿L3-линиями в спектрах те-электронов lu я Тт оказалось - равным 2584,1±0,9 зВ. эспольповавшись этой разностью энергии, а также величиной энергии Г.гЬ3-линии *Гт, составляющей 409)9,0*1,1 эВ, ш определили энергию С2Ь3-л1Пши 1ц в распаде 175УЬ. Она оказалась равным 43503.9 ±1,4 В, Это ппачспие ira 4эВ превышает' расчетное значение Ларкмнса 3490,0 эВ. Расстояние мевду КЬ2Ь3-липиямл оже-спектра содержащего1 мось изотопов ,751ГГ+169У1), было определено panno (см.пл.2 ) и оставляет 2509,8±1,2 эВ. Таким образом^ энергия К12ЬЭ-линии же-снектра Lu при К.-захвате в 17SII:f оказалась на 5,7 ± 1,5. эВ ольше, чем при р-распаде l76Yb. Результаты иомучотшо в' ходе роведения измерений приведены в таблице 4.

Кроме них на рис.6, видны также, слабни конверсионные линии 252 и М,4б, относящиеся ic распаду 1езТа. Mu намерили энергии иннй 52 и Н,45 для 1fl3W значения их соответственно равны 1050.2 ± 1.2 эВ и 436М.П * 1.з пВ. Они хорошо согласуйся о

N

¿0000

30000

25000-

1,8 и,кВ

Рис.б.Учаеток спектра Оже электронов Ьи,Тт из распада 175УЬ и 1С9УЬ

известными из других работ значениями. Точное определение энергий этих конвергаоншх линий яапяется дополнительной проверкой правильности нашей энергетической привязки.•

Таблица 4. Значение энергии КЬгЪ3-лшшгЬи д величины

смещения.

Изотоп Растояние Значение Значение

между ■ энергии КЬ2Т,3 величины

линиямп линии 1.и, зВ смещепия

КЬгЪ3 Тл Наша Расчет энергии

' и Тш, эВ работа Ларкинса КТ.Т, '

линий,зВ

2504,1*0,9 43503,9*1,4 43490,0

5,7*1,5

,7ВПГ 2589", 0±1 ,2 43509,6*1,0

Проведенные. измерения оже-спектров для различных атомов, позволили паи обнаружить эффект зависимости энергии КЬЬ-липий от способ^ возбуждения атома. Эффект заключается в том. . что энергии линий КЫ-группы Ожп-элвктрбпов оказываются больше, если вакансия па ¡{-оболочке образуется в результате предшествующего К-,захвзта, чем в случае, когда эта вакансия образуется благодаря внутренней конверсии па К-оболочка. Мы предполагаем, что этот эффект связан с наличием "лишнего" электрона в оболочке атома при оже- переходе. Когда вакансия на К оболочке при оже-лереходв образуется после ГС-захват а, в оболочке атома имеется "лишний" элект{юи. Следует , отметить, что дЛя атомов в которых преобладает ялектротшй захват вакансия па К-оболоЧке' может образоваться, как в результате К-захвата , так и другим способом.- Поэтому -под "чистым" [{-захватом ми понимаем 100 %. гшжтротвдй захват.

При рассмотрении копфигурагрпг впеипгих электронов атомов мы имеем слпдущео. Для случая К-захвата в Пв конфигурация япешпих электронов Оудет 5(14 6.4я, а конфигурация внешних электронов V? -В случае К-захвата в '"И конфигурация внешних электронов будет 4Г7Г>(],Г1Г>г, а конфигурация внешних электронов Ей -41"7(лЯг. В

обоих случаях "ливням" электроном яапяется 5с1-электрон. При этом 1 Ей он вызывает- более сильное смещение энергии, чем в V. Возможно, это связано с тем что 5й-электрон в СО является единственным н; вне/шей оболочке.

В • наших измерениях. энергии КД,-линий в распаде 191Р1 оказались больше, чем в распаде 1ч,0з на 3,6 ± 2,1 эВ. Поскольку е ,91Р1; количество дырок, образующихся в результате К-замат; составляет 64,4% от общего числа дырок на этой оболочке. Смещение энергии линий Оже-злектронов в случае "чистого" К-захватг относительно внутренней конверсии на. К-оболочке будет составлят£ 5,б±3,3 эВ. Качественно этот' эффект мы объясняем различие», конфигурации внешних электронов Тг- 5с17бзг и Pt- 5й9з1. Мы предполагаем, что до оже-нерехода один 5й-электрон успевает заполнить вакансию на 6з-оболочке и "лишим" электроном послг К-захвата оказывается восьмой 5й-электрон.

Измеренные нами. зпачепия энергии КТ.Т,-линий для • спектр;: Оже-электронов Т.и из распада 175Н1! оказались больше, чом иг-распада 1751ГЬ. Из сравнения следует, что энергии КЬЪ-линий оясе-спектра Ьи при К-захвате 17?Н£ о!сапались на 5,7 ±1,5 эЕ больше, чем в. распаде 17Ч1СЪ после внутренней" конверсии на К-оболочке. Поскольку количество образующихся К-дырок, н результате К-захвата составляет в 17!5Ш! 8355, то при "чистом" К-захвате эта разность будет иметь значение 6,9 ± 1,8 эВ. Конфигурация впеганих электронов для этих атомов будет IIГ- Гх^бг.* и УЪ- 411 <6г,я. Дли атома Ьи конфигурация внешних электронов 5(116г,2. Отсюда следует, что в этих случаях- при Г(~захвпте "лишними" оказываются соответствгтпто второй 5Л-- электроп и четырнадцатый электрон. Полученное различие качественно объясняется .нами присутствием "лишнего" второго 53-электрона при К-захвате 175Н1 по сравнению со случаем внутренней конверсии в.174 VI).

В таблице 5. приведены значения величины смещения энергий оже-линий для различных атомов . полученных в результате наших измерений, . .

Проведенные нами лкспериментальпыо исследования позволяют нам построить теоретическую зависимость энергии взаимодействия между дг*/мя электропнши вакапсИими па Г, -подоболочках йК от атомного номпрт '?,. Л1а рис.7 показана расчетная и 'экспериментальная зависимости -Е,_ ^ --.т 7,. Теоретическая линия представлена прямой

2 3'

Таблица 5. ' .

Значение величины смещения энергии оже-лииии для различных атомов.

Значение

величины

Оке Изотопы смещения Число

спектр энергии 5(1

атома р-распад К-захват оже- электронов

липии,эВ

Я 182, 1 83гра 1 вз , 1 П Ч-Дц 5,6*1,9 5

Бы 1535и '"Сй 20,4*1,0 .1

Тт ' 71Ег 1.6 9?ь 7,2*6,6 -

Ьи 175¥Ъ • ,7КНГ 6,9*1,8 2

Тг 1Э105 5,6*3,3 8

г

Рис.7. Зависимость Е^^ от атомного номера 7..

лидией, а экспериментальная линия напученная из наших измерений пунктирной кривой ( значения взяты, для "чистого" К-з:,хвата ). Из рассмотрения рисунка следует, что если при 2-63 и. г=77 мы имеем полное согласие с теорией, то при 1=69, 71 и 74 различие достигает -15 эВ. Наблюдаемое расхождение требует уточнения .существующих расчетов.

В затслючонии приводятся основные результаты, получещше в ■ настоящей работе. Их молено сформулировать следующим образом:

1. Разработана и создана автоматизированная система управления. источниками питания магнитного бета-спектрометра на базе модулей КАМАК и изготовлеш1ых нами блоков, которая позволяет:

а) Проводить. измерения Оже-спектров и спектров электронов внутренней конверсии.

б) По заданной программе проводить размагничивание бета-спектрометра в оптимальном режиме после сведения его поля к нулю.

в) Автоматизировать подачу высокого напряжения па радиоактивный источник магнитного бета-спектрометра, проводить диагностику отдельных узлов бета-спектрометра с помощью ЭВМ.

г) Передавать измеренные спектры непосредственно в ЭВМ: без использования промежуточного хранения информации.

2. Для проверки характеристик спектрометра проведены измерения Ь-лйний внутреппей конверсии -(100.1 кэВ из1 распада 182Та. Они показали, что автоматизированная система управления источниками питания позволяет определять относительное положение липиР с точностью "1 эВ, п относительные интенсивности с точность® ~1 %.

3. Для точного определения значений энергий и относительных интепсивностей разработана методика измерений и обработки результатов на ЭВМ.

4. Исследования КТ,Т,-группы оке-спектра Т.и показали, что полученные нами значения' анергий Оже-плектроноп для всех компонент спектра па 13 -,°0 эВ превышают зпачопия энергий полученных из теоретических ¡..¡счетов. Однако,следует отметить, что наши измерения энергии, имеют точность на.порядок выше, чем в других экспериментальных работах выполненных для этой области Ъ.

Г). Значения относительных интепсивностей линий КГ.Тг-группы Гц, полученные в ходе исследований удовлетворительно согласуется с теоретическими расчетами.

6. Из экспериментальных исследований KTJ.UKT.tJ- групп Оже-электроноп

Lu установлено, .что полученные пами зпачения энергий одиночных линий KL,M,,КЬ,М2 и КЬз^!,КЬ3М2 удовлетворительно согласуются ' с результатами других экспериментальной работ и теоретическими расчетами. Энергии остальных линий RLM и КШ- групп имеют расхождения с теоретическими вычислениями от 5 зВ до 20 эВ. Пами впервые экспериментально определетш значения энергии для 14 линий этой группы Ояе-злектронов.

7. Полученные в наиих измерениях значения относительных интепсивностей для линий оже-спектра КТ.М и КГЛ-грутт, удовлетворительно согласуются с теоретическими расчетами. 0. Измерение зперпга КТ,гЬ3-литп1 Оже-электронов Lu. из рампада 17'3YT> показало, что энергия КТ^Т^-липии на 14 эВ превышает значение теоретических расчетов.

9. Значение энергии КТ.2Т,.¡-линии Оие-злоктрот.в 1г в распаде 1Ч1Пз в пределах экспериментальной погрешности согласуется с теоретическим значенном.

10. Получено убедительное подтверждение существования эффекта зависимости энергии Ожп-электронов Гл от способа возбуждения атома. При этом значения энергии KIT,-линий ожс- 'спектра Т,п в случае дс-захвата в 17<;!If оказались на 5,7 +.1,5 эТ5 больше, чем при внутренней конверсии па' К-оболочко в рапнадп 17ЧУ1). Получптюе различие энергии KIT. линий Оже-элпктроноп Т>и качественно обьясшттся нами присутствием "лишнего" Бй-элсктрона при ¡{-захвате, в сравнении со случаем внутренней копверсии па К-оболочке.'

11. Обнаружено, что энергии КЫ,-линий оже-спектра Тг при К захвате ii 1.41rt больше на 3,6 ± 2,1 эВ относительно внутренней конверсии па К-Оболочкп при р-раппаде в 1410я. Отличие ¡значений энергии КТ.Т,-липии в случйе К-захвата и в случае внутренней конверсии па К-оболочке качественно обьяг.кяотся наш -различием конфигураций пяпттпгх'ллектролоп Г г it Pt.

12. Построена экспериментальная зависимость изменения энергии связи лТ^ от .атомного номера 7.. Иа основании проведенного анализа можпо отметить, что при Z=63 и 7,=77 имеется полное согласие с теорией, а при Z=71 и 7,=74 различие достигает 15 пВ, а это требует дальнейшего совершенствований теоретических расчетов.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Казновецкий 'v.F>., R-аршиук В. И., Коваленко С.А., Купряжкин В.Т. и др. -Программируемый диухполярный высоковольтный источник напряжения ß-спектрометра я/2. Тезисы 43 Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра.-РАН, Санкт-Петербург, 1993, с.346.

2. Казновецкий A.B., Коваленко С.А., Купрпшкип В.Т. и др. Блок автоматизированной подачи напряжения на радиоактивный источник П-спектрометрз. Тезисы 44 Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра.-РАН, Санкт-Петербург, 1994, с.301.

3. Булгаков В.В., Казновецкий A.B., Кирищук В.И. и др. Спектр Оже-плсктронов KLT,-группы I.U. Изв. АН СССР, сер.физ. ,'1990, т.54, N11,с.?154.

4. Булгаков В.В., Казновецкий A.B.,-Кирищук В.И. и др. Точные измерения КЬЬ-группы Оже-электронов в области' 63<7,<74. В ' кн. Вопросы точности ядерной спектроскопии., -Вильнюс, код. Института физиет АН Литовской ССР, 1990, с.7-14'.

5. Булгаков В.В., Казновецкий А:В., Кирищук В.И. и др.'Энергии и относительные ' интенсивности КЬТ.-группы ожп-ппектр.ч Т.н. Тезисы докладов 40-го совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра;-Л.; Наука, 1990, с.°35.

6. Булгаков В!В., Казновецкий A.B., Купрншкин В.Т. и др. Точные измерения энергии KLT.-группы Оже-злектроном 1г и Тл -В кн. Вопросы точности ядерной спектроскопии.-- Вильнюс, .Изд. Института физики АН Литовской ССР, 1992 , с.5-11.

7. -Булгаков В.В., Клзпоппцкий Л.П., Кирищук П.И. и др. Исследование зависимости гшоргии Ожп-элсктропов Тг и Т,п КТХ-грутта от способа возбуждения атома.-Изв.АП ГССР, сер.физ., т.55, 1991, с.2147 . '

0. Казновецкий A.B. Купряшкип В.Т. и др. К вопросу о точности определения i -квантов с помощью ТПТ.е-дстекторн. В кн.: Точные измерения п ядерной спектроскопии. Изд. Спнг.т Пптгрбург,1994,е.?3. 9. Пулгагсов В.В., Казновецкий A.B., Кирищук В.И., Копллопко O.A., СтрильЧук Н.В. ,• Феоктистов А.И.- Определение энергии KT,;Т,Э-линии Оке спектра 1г в распаде 1910г. и 101ТЧ.. Тезисы докладов 41-го сов< цепня • по. ядерной спектроскопии и структуре атомного ялрп.-Л.'.Наука, 1991, с.200. •

Казяовецышй О.Б. Експериыентальне досл!дження електрон1в Оже в радЮактивному розпад! за догомогою магн!тного бета-спектрометра високо! розд1льио! здатпостI.

Дисертац1я (руношс). на здобуття вченого ступеня кандидата ф1зшсо-штсматичних наук за спеиДальШстю 01.04.16 -ф!зика ядра та елементарних частинок, НЦ 1ЯД АН УкряЕни, Ки1в, 1996 р.

Описана розрсблена автоматизована система. унравл1ння джерелами напруги магнитного бета-спектрометра. За догомогою яко1 на бета-спектрометр! виШрян! спектра 0же-електрон1в КЬЬ,КШ та КШ-груп Ъи. Описана методика втПртвань та обробкн результат tB. Приводиться вперше результата вим1рягого зсуву Оже-лШй KLL-rpyn Ir та Lu при р1зних засобах створешш ваканс1й на К-оболонШ (К-захоплення 1 р-розпад). Отриман! результата пор!внювалися з 1шшши експерименталышми результатами i теоретичними разрахункамк.

Ключев! олова: бета-спектрометр, дасерела напруги, спектри 0ке-електрон1в, електронлий захват, э-розпад, зсув Ояе-лШк.

Kaznovetsky А..В. Experimental investigation, oi Auger electrons in radioactive decay with, high resolution magnetic beta spectrometer. /

The dissertation (manuscript) for the candidate degree in physical ■ and mathematical sciences on the speciality 01.04.16-physics of a nucleus and elementary particle. Institute lor Nuclear Research of Ufcrainian Academy Sciences, Kiev, 1996.

Automatic system of beta spectrometer control is described. Auger electrons KLL,KIM'and KLN-groups Lu spectra are measured with the help of this spectrometer. Methods of measurements and the results of computer processing are presented. The rezults of the measured Auger-lines of KLL-groups Ir and Lu shift in different ways of vacancies building on K-shell (electron capture and p-decay ) are given for the first time. The obtained results are compared both with experimental results of other authors and with the theoretical calculations.

Подписано к печати: 16.12.96 г. Форма!? 60x84 1/16 Печать офсетная. Заказ 61 Тираж 100 экз.Усл.печ.л.1,5

СКТБ с ЭП Института ядерних исследований HAH Украины. 252028, Киев-28, Проспект Науки,47