Исследование атомно-ядерных процессов на основе измерений сдвигов конверсионных и гамма-линий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ



НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ

На правах рукописи УДК 539.163

Купряшкин Владимир Тихонович

ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНО-ЯДЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЙ СДВИГОВ КОНЫТСИОННЫХ И у-ЛИНИИ

Специальность 01.04.15 - физика ядра и ' элементарны;! чеотиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Киев - 1994

Работа выполнена в Институте ядерных исследований HAH Украины

Официальные оппоненты: академик HAH Украины НЕМЕЦ Олег Федорович (ИЯИ НШ Украины, г.Киев)'

доктор физико-математических наук КАЛИННИКОВ Владимир Геннадьевич (ОИЯИ, г.Дубна)

доктор физико-математических наук СЛАБ0С1ШЦКИЙ Ростислав Павлович (Национальный научный центр ХФТИ, г. Харьков) ;

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт физики Санкт-Петербургского государственного университета

Автореферат разослан " " 1994г.

Защита состоится " 23 " июня 1994г. в 14,s часов на заседании Специализированного совета Д 016.03.01 Института ядерных исследований HAH Украины по адресу: 252028, г.Кнев, пр. Науки, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ядерных исследований HAH Украины

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат физико-математических наук у—"" В.Д.Чеснокова

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие фундаментальных исследований в области ядерной физики характеризуется интенсивным поиском новых методов к методик, расниряющгас пата знание а процессах, происходящих в ядре и в атомной оболочке. Изучение этих процессов представляет интерес как с теоретической, так и с экспериментальной точки зрения п в этом плана методы прецизноппой ядерной р- и »-спектроскопии играв? ведущую роль. Под этюд подразумевается измерения энергий электромзгшшшх переходов с точностью 5 5 • 10"5 и относнтельпих интенсиппостей с точностью ~ \%.

Прецизионные исследования позволяют получать существенно более точные и паделсше данные об энергиях уровней, их спинах и четпостях, мультипольпсстпх переходов, магнитят; дтольпнх и квадрупольпых моментах, они дают такие цепную информацию о процессах, происходящих в электронной оболочке атома при радиоактивном распаде. Наконец получение точных значений энергий и интенсивпостей электромагнитных переходов в ядрах важны и с метрологической точки зрепия - эти данные необходимы для градупрошат приборов и при других исследованиях.

Исследования атошо-ядерных процессов методами прецизионной ядерпой спектроскопии могут преследовать разные цели в зависимости от поставленной задачи. Так например, при измерении сзке-спектров, сопоставление экспериментальных- данных с теоретическими расчетами показывает.систематическое расхождение на 20-30 эВ, что указывает па необходимость развития более реалистических теорий. Однако, чтобы сделать такой вывод, необходимо било разработать методику определения' энергии оже-литтй с точностью ~ 1эВ.

Представляется важным изучение процессов иопизации атома при радиоактивном распаде. Одним из таких процессов является ионизация атома при электронном захвате. В результате ионизации изменяются энергии связи глубоких оболочек, что приводит к изменению энергии испускаемых электронов внутренней конверсии. Наблюдение сдвига конверсионных линий позволяет судить о дипамтсе перестройки оболочки ионизированного атома п процессе радиоактивного распада.

Прецизионное определение энергии конверсионных и »-линий позволяет в принципе получить информацию не только о состоянии ' электронной оболочки атома, но также и о магнитных дипольных и электрических квадрупольных моментах возбужденных состояний ядер.

Такую информацию можно получать из измерения сверхтонкого энергетического смещения конверсионных линий, возникающего в результате взаимодействия К-электрона с магнитным моментом ядра.

Прецизионные измерения энергий ц-квантов позволяют наблюдать малые доплеровские сдвиги, возникающие после вылета р-частиц или 7-квантов. В свою очередь это позволяет определять времена жизни возбужденных состояний, вид р-распада или изучать процессы торможения в различных средах при малых скоростях. Такие исследования могут представлять интерес и для атомной энергетики, поскольку (п.?)-реакция на тепловых нейтронах является одной из самых распространенных в ядерном цикле и все конструкционные материалы в той или иной мере подвергаются действию этой реакции.

Цель работы. Цель настоящей работы состояла в следующем: Разработать методику -точных измерений малых сдвигов энергии конверсионных и 7-линий. На основе разработанной методики провести исследования ряда атомно-ядерных процессов и использовать обнаруженные эффекты для практических целей.

Научная новизна работы заключается в следующем: измерены с высокой точностью (±1эВ) энергия перехода ?129 кэВ в распаде 19,0з, что позволило определить энергии оже-лииий с точностью ~ 1эВ и провести сравнение с теорией Ларкинса, и энергии »133,7345,^482 кэВ в распаде 18,йГ, что позволило определить энергии всех остальных переходов и уровней 181Та на порядок величины лучше, чем это было известно ранее;

впервые обнаружен эффект смещения энергии конверсионных линий вследствие ионизации атома после электронного захвата, нзилвдаемый щи разрядке уровня с малым временем жизни 1Т,/г= 3«10~1" с!; определена величина смещения конверсионной линии К963 кэВ в распаде '"»Ей; не обнаружено влияния ионизации атома на энергию конверсионных переходов, разряжающих более долгошшущие состояния (Т * 10- с); получена оценка времени 5хизни ионизации атома (Т1/2=7«10'15с), которая сопоставила с временем подхода электронов из ближайшего окрухшния атома;

создана методика измерения малых доплеровсккх смещений в результате движения ядра отдачи после предшествующего р- или излучения; впервые измерено донлеровское смещение *2Т54 кэВ при

радиоактивном распаде гчМа;

впервые экспериментально наблюдался эффект сверхтонкого смещения конверсионных линий в ,Я1Та вследствие взаимодействия К-электрона с магнитным моментом ядра;

предложен новый метод измерения времен кизпи возбужденных состояний ядер в (п,у)~ реакциях на тепловых нейтронах и построена установка на горизонтальном канале реахстора ВВР-М ИЛИ НАН Украины; разработай математический аппарат метода, основанный на наблюдении ослабления доплеровского смещения у-линий, и созданы программы расчета времен жизни на ЭВМ;

в (п,у)~ реакциях на тепловых нейтронах проведены измерения времен жизни возбужденных состояний в ядрах "К», г0Д1, Э2Р, г951, ээ3, 54Сг,55Ре и 5ЭРе. Определены времена ¡жизни более 60 возбужденных состояний, из них более подовины-впервые.

в области низких скоростей ядер отдачи (7/са10"4) впервые проведена экспериментальная проверка теории торможения и рассеяния .в веществах сложного химического состава.

проведены математические расчеты и составлена программа расчетов на ЭВМ тормозных потерь ядер отдачи в диапазоне энергий, соответствующих (п,у)-реакции на тепловых нейтронах; рассчитаны зависимости ослабления доплеровского смещепия от времени жкзпи возбужденного состояния с использованием потенциалов взаимодействия Томаса-Ферш к Мольера; составлены программы расчетов для описания формы у-лшпш, искаженной доплеровским смещением, й форм у-линии, искаженной доплеровским уамревием.

Научная и практическая ценность работы.

Измерению точные значения энергий у-кваятоо могут быть использоваш для градуировки спектрометров.

Обнаруженный эффект смещения конверсионных линий вследствие ионизации атома при электронном захвате позволяет получить информацию о процессах, происходящих в атоме при перестройке атомной оболочки.

Открытий эффект сверхтонкого смещения конверсионных линий вследствии взаимодействия К-электрона с магнитным моментом ядра при дальнейшей разработке может быть использован в качестве нового-метода определения ядерных дипольних магнитных моментов при совместном измерении разности энергий дублетов конверсионных и

- б -

х—линий.

Предложенный метод измерения малых доплеровских смещений был применен наш для определения времен жизни высоковозбужденных состояний ядер в (гмг)-реакцшт на тепловых нейтронах и для исследования процессов тормокегаш ядер отдачи в веществе в области малых энергий.

Измеренные значения времени жизни возбужденых состояний ядер могут быть использованы для разработки схем распада и теории.

Апробация работы и публикации по диссертации. Основные результаты работ, изложенные в диссертация, докладывались на 37-43 Всесоюзных и Международных совещаниях во ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (1937-1993), на Семинарах по точна.: измерениям в ядерной спектроскопии (1983-1992) я па Сеашаре по щлзменению ^-спектроскопии высокого разревашш в изучении атсмшх столкновений к времен кпзш возбужденных состолшгй ядир [Гренобль, Фракция, 1992г.З, а таяке на семшарах к., екегодпя научных конференциях ИЯН АН .Украины. Ояк отражены в 27 публикациях, которые приведена в косцо автореферата.

Структура л объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения к приложения. Полшй объем диссертации составляет 289 страниц машинописного текста, в том числе 16 -таблиц н 60 рисунков. Список литература содораит 209 нашонований на 24 страницах.

СЮДЕШНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во сведенгат рассматривается актуальность использования точных измерений малых сдвигов энергия конверсионных и ?-лияий для исследовашш атошо-ядоряшс процессов и делаете;: вывод, что только прецизионная ядерная спектроскопия позволяет решить ряд вопросов, связанных с их изучением. Указывается возможные области применения метода. Дан краткий обзор диссертации по главам.

В первой главе диссертации описаны эксперименты по точному определению энергий т-переходов с помощью полупроводниковых детекторов.

Разработаная нами методика обработки результатов измерений на ЭВМ при определении . энергий и малых смещений энергий

конверсионных и у-линий заключается в следующем: одна из наиболее интенсивных линий в конверсионном iura »-спектре снимается с максимально возможной статистической точностью. Затем линия в промежутках мевду экспериментальными точками описывается с псмощьп метода кубических сплайнов. Эта линия в дальнейшем используется в качестве приборной (табличной) линии, которая определяет экспериментальную форму линии для дальнейшей обработки по методу наименьших квадратов. В процессе подгошси варьируются четыре параметра: фон под табличной к экспериментальной линиями, отношение амплитуд линий и расстояние между 'ними. При необходимости в процессе обработки вводятся дополнительные параметры, позволяющие лучше списывать экспериментальный спектр (наклон фона, изменении полуширины линии и т.д.). Наиболее существенное отличие нашего метола от аналогичных методов cocioiv в том, что при определешт swprmt перехода и малых спещешт энергии конверсионных или г-дпиай, ш используем в качестве приборной формы лишш эшгсршкшгадыгур линию ß-спектрометра ила данного детектора у-лучай in исследуемом участке спектра, а расстояние между „чипинш! огця.^оляыся непосредственно как один из параметров подгонки. В друь'х методах форма дигшгч описывается той или иной uareMiTHnecROti фабулой, а ео полосенке определяется либо точкой перегиба либо положением центра тлгсости пика, что не позволяет добиться той точности, которая характерна для нашего метода.

Правильность определения энергетических расстояний в пмгх экспериментах можно проверить по положению линий о у-спектре для переходов с хорошо известными значениями разностей энергий или по положению L, _ L,,- и линий в спектра конверсионных электронов. Такую проперку мы провели и она показала, чго аппаратура и программы обработки работают нормально. В дальнейшем в процесс!; работы такая проверка пшолнялзсь на регулярной основе.

При исследовании оже-спектра 13,0s оказалось, что энергия реперной лнппи 120431±5 эВ имеет погрешность слитком большую для точного определении энергий оже-линпй и проведения сравнения с теоретическими расчетами. Нами била поставлена задача определить энергию этого »-перехода с более высокой точностью.

С этой целью был приготовлен радиоактивный источник, ' состоящий из смеси трех изотопов: ь7Со, ,f>9Yb и 1 '"Os. Измерения проводились с помощью рентгеновского НРСе-дотектора с разрешением

- в -

4S0 эВ па »-линии 122 кэВ 5ТСо. На рис.1 покапаны участки »-спвктров с »122, которая принималась в качество приборной линии, и дублета т129-у130. Используя разработанную.наш методику измерений и программы обработки спектров, нау удалось определить значение энергии перехода с точностью 125432*1 зВ, что позволило определить энергии оае-лшшй прсшрно с такой ко точность» и провести сравнение с теорией оке-эффекта Ларкинса.

Распаду ,е1НХ посвяцено большое количество теоретических п экспериментальных работ, анализ которых был проведен в свое время Цмзлзповым. Однако до недавнего временя энергии »-переходов в распаде 1в5НХ были определены с недостаточно высокой точностью, хотя разности энергий ряда конверсионных переходов балл уае намерены наш ранее с точностью ±1эВ на магшшюм бета-спектрометре к/2. Целью данного исследования было определение с максимально возиокаой точностью значения энергий трег т-нереходов 133, 345 к 482 кэВ, что позволяло бы, используя данные пзыкх предыдущих намерений на р-снектрометре, определить с ипсокой точностью энергии остальных »-переходов и сур.ествепно уточнить энергии уровней 10,'Ха.

При нзиореюшх зяергнй »133, »345 и »482 кэВ в качестве близких но энергии реперных линий нами били выбрана »-переходы 130523.4*0.4 ЗВ 16э*хЪ, 344281.1*1.9 эВ ,52Ец и 4845Т8.0 ±1.4эВ 1вгГг. Используя методику, описанную выше, ш определили энергии трех переходов значения в распаде '° 1lLf-> ,81Та: 13305Т.4 ± 1.4, 34593Т.1 ± З.б, 482183.9 t 3.3 эВ. Используя эти данные, а таете разаости энергий переходов, полученные вами ранее в измерениях на ít-споктрометре, и правило Ритца для каскадных переходов, мы определили энергии остальных переходов и энергии уровней ,05Та на порядок величины лучше чем это было известно рапее. Значения энергии переходов приведены в таблице 1.где такте для сравнения приведены энерпщ этих же переходов по последней компиляции"данных.

При исследовании спектров оже-электронав нами было обнаружено, что наблюдается различие в энергиях линий Oxee при наблюдении его из бета-распада и из электронного захвата. Так при исследовании оже-спектра Ей, возникающего при р~~раснзде ,53Бт, и оже-спектра Ей, возникающего при электронном захвате 153Gd, было установлено,что значение энергии наиболее хорошо измеренной КЬ2Ь3-липии в распаде ,53Gd па 11.6±1.0 эВ больше, чем в распаде 16Э5и.

N

и<л

15000

юсоо

5000

гоосо

N

15000

10000

5000

7123.4 кеУ ^з

7)30.5 кеУ "'гЬ

О -1-1-1-1—..,. у ,1,..., * , I t

4590

4610

Нн

<630

Рис. 1. Участок 7-спектров с 122.1 кзВ *'Со луОлета Г129.4 ,8,03 П т130.5 ,вэ№

- 10 -

Таблица 1. Энергии переходов 1811а.

Энергии у-переходов (кэВ)

настоящая работа компиляция

3.7991 ± 0.0013 3.90 ± 0.10

6.2197 0.0013 6.25 ± 0.02

133.0574 ± 0.0014 133.02 ± 0.02

136.2503 ± 0.0014 136.25 ± 0.02

136.8565 0.0014 136.86 ± 0.04

345.9371 ± 0.0036 345.85 ± 0.20

475.9642 ± 0.0036 476.0 ± 0.2

482.1839 ± 0.0033 482.0 ± 0.2

615.2409 ± 0.0036 615.5 ± 0.5

619.0400 ± 0.0036 619

Примерно такое же различие наблюдалось и между значениями энергий для других оже-линий. Был сделан вывод, что эффект смещения оже-линий вызван различием энергии связи при внутренней конверсии и при электронном захвате.

Смещение КЬ2Ь3- линии Ей можно определить из соотношения смещений энергии связи соответствующих оболочек и подоболочек:

Если изменение энергии связи будет примерно одинаковое на каадой оболочке, т.е. д^ «< д^ » то д^ ь « -дк и смещение оже-линии численно равно смещению энергии связи отдельных глубоких оболочек атома. В этом случае рентгеновские Хк- лучи Ей, измеренные в распаде 16ЭБш и 15эС!й, не должны различаться по энергии друг от друга. И наоборот, если Хк~лучи будут отличаться по энергии, то, следовательно, изменение энергии связи на К-обо-лочке дк отлично от изменения энергии связи на Ъ-подоболочках

Для проведения исследования било подготовлено два радиоактивных источника, которые представляли собой смеси изотопов ,53Бт + ,5г£и и 153Сй + ,5гЕи (рентгеновские линии Зщ в распадо 152Еи использовались в качестве реперпых). Получены следующие результаты: разность энергии К<*, и Е<хг - излучения Ей в распаде ,5Сса и распаде ,5Э5га составляет 0.8 ± 0.9 эВ, т.е. пзменепия энергии связи электронов па К и Ь - оболочках с точностью до галрпшюстп измерения совпадают и, следовательно, в рентгеновском

спектре смещение линий отсутствует (с точностью до ошибки измерений), а наблюдаемые смещения энергии оже-линий численно равны смещениям энергии связи глубоких оболочек атома.

Во второй главе диссертации описаны эксперименты по изучению ряда атошго-ядерных процессов в радиоактивном распаде.

В начале главы описаны эксперименты но изучению влияния ионизации атома при электронном захвате на энергию конверсионных электронов. При заполнении вакансий в электронной оболочке, образовс?-вшейся вследствие электронного захвата, в результате процессов и Костерэ-Кронига, атом становится сильно ионизированным. Зга ионизация приводит к увеличению- энергии связи электронов, находящихся па внутренних оболочках, по сравпсяию с энергией связи, для нейтрального атома. Если 'виутрспяя конверсия у-лучвй происходит непосредственно вслед за электронным захватом, то эго увеличение энергии связи приводит к соответгтпующылу уменьшению кинетической энергии конверсионных электронов, а значит к смещении конверсионных линий.

В конденсированных средах, к которым относятся обычно используемые в бета-спектроскопии радиоактивные источники, ионизация атома быстро исчезает вследствие захвата электронов из окружающей среды. Поэтому смещение конверсионных линий в спектре будет иметь место только в том случае, если время жизни уровня, который разряжается конверсионным переходом, мало и сопоставимо с временем жизни атома в ионизированном состоянии. Ожидаемые сдвиги энергии конверсионных линий малы. Поэтому мн измеряли не абсолютные значения энергий, а разности энергий двух близкплежащих переходов в конверсионном и в спектрах. Один из этих переходов соответствовал разрядке долгоживущего изомера или следовал за р"-распадом, где заметной копизацтг, а, следовательно, и смещения конверсионных линий быть не должно, а другой переход -исследуемый, для которого ожидается смещение. Для исследования г*ыли выбраны три пары переходов в распаде изомеров.152Еи и ,8,йе с различными временами жизни возбужденных состояний.

т963~г970. При распаде 152"Еи переход >963 кэВ происходит сразу после электронного захвата, а период полураспада состояния, которое оп разряжает в ,52Бт, составляет />=3»10"14с. Близкий по энергии переход т9ТО кэВ происходит в ,5гСА после /Г-распздз и для него смещения конверсионных линий не должно быть.

у1085--у 1089. При распаде долгокивущего изомера 15гЕи у1085 кэВ происходит в 1525га после электронного захвата на уровень с I =9»10",:! с, а у 1089 кэВ происходят в 1 "иЗ после э~-распадэ.

у537-у539.- г539 кэВ разряжает уровень 2+ у-вибрациовной полосы 1<МН с Т Уг=1,7«10_1г с непосредственно после электронного захвата в 1В4йе, а >537 кэВ разряжает изомерное состояние 5" с 21/г" 8,10~С°- Конверсионная линия этого перехода не смещается.

Измерение конверсионных спектров для всех отобранных пар переходов проводились на магнитном бета-спектрометре высокого разрешения типа п/2 со стабилизацией магнитного поля в трех точках. Измерение гамма-спектров исследуемых переходов проводились с помощью детекторов из сверхчистого германия с разрешением 1.8 К8В на линии 1332 кэВ 6°Со и эффективностью 40-50%. Обработка интересующих нас участков . конверсионного и гамм^-спектра проводилась методом вписывания табличной линии по специально разработанным нами программам, которые обсуждались в Главе 1.

На рис.2, в качестве примера, представлены участки конверсионного и гамма-спектра с переходами 963 и 970 кэВ '"•'""Ей. Всего для определения разности. энергий этой пары линий было выполнено пять измерений конверсионного спектра и девять измерений у-сиектра, подобных приведенному па рисунке.

1-езультаты всех измерений представлены в таблице 2. Из них следует, что при внутренней конверсии у9бЗ кзВ в распаде 15г"Еи наблюдается смещение К-линии на (20 х 7) эВ, которое объясняется изменением анергии связи К-злектронов вследствие ионизации атома после знектрошюго захвата. Для конверсионных переходов, разрямаю-Тгй/мцэ 2.

Радиоактивный НУЮЯ'Л . Исслед. разности энергии, кэВ 5 1/2УР-С Иэменен. энергии связи,эВ 1 г

,вг"Еа 963-У70 3.10'14 20*7

15гЕц 1085-1089 9« 10",3 -3±8

1в<в4вДд 539-537 1 1±б

К..Я-' l KS»

N,103

Nk

Рис. 2. Участии конвррсиошгаго и i сгшктрои !и:р"7.од'>!> 963 и 970 кэВ

щих более долгоживущие уровни 1085 кэВ, 2+ ' 52Sn (Т,/г= 9*10-13и ) и 903 кэВ, 2* ,84W (Т = 1.Т*10~,2с ), эффект не обнаружен - в большинстве случаев ионизация рассасывается раньше, чем происходит конверсионный переход.

Для определения величины смещения К963 кэВ можно также использовать пару »963-»964, поскольку »964 разряжает тот же уровень, что и »1085. На магнитном бета-спектрометре наш был измерен участок конверсионного спектра с К-лшшями 963-964 кэВ. и определена их разность энергий. Разность энергий »-линий была определена из абсолютных значений энергии »963, измеренного ранее нами, и »964, измеренного Варбуртоном и Альбургером. Мы получили величину смещения для К963: (20 ± 9) эВ. Средневзвешенное значение для величины смещения К963 по результатам обоих измерений составляет^ = (20 ± 6) эВ. Это значение было позже подтверждено работами алма-атинской группы, которая провела измерения конверсионного спектра с L-линиями »963 и »964 кэВ и получила значение й=(20 ± 10) зВ.

Обнаруженное смещение конверсионной линии &к является результатом усреднения по времени распада ядерного состояния изменения энергии связи К-электронов Де„= fUZ), вследствие изменяющейся со временем степени ионизации атома aZ= pit):

л = - /Ae.tiZttn х„ e"V dt ,

" о " я

где постоянная распада уровня ядра хя = 0.693/Т)/2ур. 8 т,/2ур

-его период полураспада. Пренебрегая временем образования ионизированного состояния атома (~10"16с) и предполагая, что степень ионизации атома д2 спадает по экспоненциальному закону, мы можем написатьt

&Z = hZ е~ха* ,

о

где ¿Zo= 7.6 (начальная степень ионизации атома самария), а непостоянная распада ионизации атома. Используя рассчитанную по программе MINE зависимость изменения энергии связи К-электрона от степени ионизации атома, можно оценить период ' полураспада ионизации, который составляет Т1/га= 0-23*1,/гур= '^'Ю'^с. Это гремя сопоставимо с временем подхода электронов из ближайшего окружения.

Обнаруженный эффект отражает динамику перестройки оболочки ионизированного атома и при повышении точности изтеренкй может

бить использован для определения времен жизни ядернкх состояний вплоть до зпачений I * 10" "с, или хе, если известно время жизни ядерного состояния, для исследования динзюткн перестройки атомной оболочки в других экспериментальных условиях.

В следующей части Главы 2 описаны эксперимент но измерений донлеровских смещений энергии квантов при радиоактквисм ртапда 24На. В результате р- и »-процессов образуйтеи ядра отдачи, которые в начальный момент времени приобретем определенней скорость, а затем тормозятся в веществе. Гамма-кванты, испускаешь, движущимся ядром, испытывают дошшровское смещение. В 'Йольшшоткз случаев при радиоактивном распаде скорости ядер отдачи мз га у/с~1Сгч-1а-5, а значит малы и наблюдаемые доплеровские смещения. Нами разработана методика наблюдения малого доплеравского смещения энергии лучей.

Мы провали дач эксперимента с истопником ;мНа. Схема раеаэда 2 4 На довольно ирсста. Она включает в себя два уровня 136В кэВ,2+ и 4122кэВД' 2<Яй, прячем р-распад идет в основном па верхний уровень. )> наргок эксперименте мы пытались обнаружить дошюровское смещение у!.3 после вылета у2.Т Мэв. Дкииа г2.Т Моя

регистрировалось сщштнлляциошшм спектрометром НаТ, а »1.5 МзВ -ИГСе-детектгро::. йи-га сравнивалось положение »1.3 ИзВ в оданочкон спектре и в гнил ре ?у-совпадений под углом 180° и определялось доилерсвц;:ос; счегдепие. Во ' втором эксперименте измерялись Эт-согпад^гая. {¡-частицы региетрнрои.-итсь сцинтилдшщонше; спектро!.!вт;г.м с кристаллом из стильбепа, при этом дискриминатором выделгпг'сь только высокоэнергетическая часть р-спектра > 0.9 МэР, н -Л.'! регистрировалась НРСе-детектором. Обггшо

ИРСе-дотахтор располагался внизу, а Ма.Ш'1) (или стильбвк) нзг поворэ'пшагься и находился либо под углом 90", либо под углом '.СП0 к пому. Измерения проводились с помощью ЭВМ СМ-4 по специально разработанной программе. Отсутствие смещений в спектрах и

Р/-совпадений по отношению к одиночному спектру, при положения детекторов под углом 90° свидетельствовало об отсутг.та'гл г,»стоматических ошибок в определении смещения.

В результате многократных измерений получены следующие сдвиги анергий г линий:

т1.3 МзВ = 1.4'Ю',г с): д = 1 ± 4 зВ (твердый источник)

4=5*6 эВ (жидкий источник )

у2.Т МэВ = 2.5*10"14 с): й =61 ±6 зВ (твердый источник)

Как видно из полученных результатов, доплеровское смещение наблюдается для »-перехода, разряжащего уровень с малым временем жизни (ядро отдачи при излучении ^-кванта движется) и не наблюдается для r-перехода,разряжающего уровень с большим временем жизни (большинство ядер отдачи успевает затормозится до испускания к-кванта) Проведенный в диссертации теоретический расчет наблюдаемых смещений показывает, что они согласуются с экспериментальными значениями. Исследование ßf - угловой корреляции в распаде 2"Na, проведенное позже дубнинской группой, также подтвердило это значение. Описанная методика была в дальнейшем нами усовершенствована и использована для определения времен жизни в (п.г)-реакции па тепловых нейтронах.

Далее в второй главе изложены результаты экспериментальных исследований эффекта смещения конверсионных линий в 181Та вследствие взаимодействия К-электрона с магнитным моментом ядра в условиях нестатистической заселенности компонент сверхтонкой структуры К-уровня конечного атома.

Выражение для смещения конверсионных К-липий имеет вид (Родионов A.A. и др.,1988):

(J -JHJ +J+1 )-L(L+1) 1-br/(L+1)

5Е =- а —-----, (1)

к isi/z 4L ,+Г

где Jo и J -сшгаы начального и конечного состояний ядра;

Ь- мультипольность перехода; r=)Mv l2/iM„ I2, ix KixJ;

2 1 12

M - парциальный конверсионный матричный элемент; x=(l-j)(2j+1), -1- й 3 ~ орбиталышй и полный моменты электрона;

anJX- магнитная дипольная сверхтонкая компонента. Сверхтонкое смещение конверсионных линий очень мало, поэтому определить его из простого сравнения абсолютных значений энергий K-линий и ^-квантов очень сложно. Нами впервые предложена другая методика, которая заключается в следующем., Мы сравниваем разности энергий К-линий (&К) двух близко лежащих переходов с аналогичными разностями для I,-линий (&L). Так как для L-линий эффект смещения должен быть примерно на порядок мепьше, то им можно пренебречь (или приблизительно учесть) и считать, что значение разности (ßK-ЛI,) определяет величину относительного смещения К-линий.

Для исследования нами были выбраны переходы /133(1/2*—+5/2*) г13б(9/2+—»7/2*) и у 137(3/2*—>5/2*) в 10,Та, первый из которых мультинольности Е2, а остальные мультипольности М1. Ожидае?лые сдвиги их конверсионных К-лилий, рзсчиташше по (1) будут:

Члзз^О-83 ЭВ; 5ЕК,Эе=-°-76 ЗВ; 5ЕК,37=+1-45 ЭВ" Относительные смещения К-лиштй вследствие сверхтонкого взаимодействия должны сгладываться и наблюдаться для дублетов К137-К133 и К137-К136, а для дублета К136-К133 вычитаться и практически отсутствовать. Этот дублет использовался нами в качестве контрольного для проверки правильности методики эксперимента. , Измерения разности энергий К- и Ь-лишй для этих переходов выполнены на магнитном бета-спектрометре п/2.. -Эффект наблюдается для дублетов К137-К133 и К137-К136. Величина и знак относительных смещений конверсионных линий качественно согласуются с теоретическими расчетами. Однако, ошибка измерений была достаточно велика для количественного сопоставления расчетных и ' экспериментальных значений смещений конверсионных линий вследствие сверхтонкого взаимодействия. Поэтому нами были проведены дополнительные измерения разности энергии г137-г133.и т137-|13б в одиночном и спектрах цт-совпадений с окном на т346 и у482 кэВ (см.Рис. 3), что позволило существенно уменьшить ошибки измерений. Результаты обработки всех измерений приведены в таблице 3. В двух последних колонках таблицы приведены экспериментальные и теоретические значения относительных смещений К-линий по отношению к смещению их Ь- и г-линий. В качестве неопределенностей экспериментальных значений использованы либо весовая погрешность, либо погрешность рззброса- в зависимости от того, какая из них оказывалась больше.

Первые две строчки таблицы относятся к дублету К136-К133, где относительное смещение К-линий экспериментально не наблюдается и не должно наблюдаться по теории. Измеренное значение ¿3.-^3192.6*0.3 эВ использовалось нами для градуировки у-спектра по энергии.

Из проведенного исследования следует, что полученное значение величины смещения согласуется по знаку с теоретическим, однако превышает его его примерно в два раза и требует дальнейшего исследования. Использование эффекта сверхтонкого смещения конверсионных линий в качестве метода определения ядгрщгх магнитных моментов возможпо, но для этого необходимо на ладит ь

Nr

3>10'

2*10'

NyW4

M04-

МуЗ»га!

2" 10

10s-

0 е?со

ter. Участок »-спектра с '»133, »135 к »13T кэВ se,la. о}. одиночный »-спектр. Ь), спектр »»-совпадений с оккои не »346.' ■ с í - спактр »»-совладений с сет« на г *{£.

точные измерения разности энергий дублетов г~линий на кристалл-дифракционных спектрометрах.

Таблица 3. Значения разности энергии дублетов К-, Ь- и

г-линий для некоторых близколежащих г-переходов в 1Э,Та.

Дублет ДК, ЭВ Дублет ДЬ, Ду, эВ Отн. смещение К-линяй (ДК-ДЬ), (ДК-Дг), ЭВ

эксперимент теория

К136-К133 3192.6(3) 136-1,133 3193.3(5) -0.7(6) +0.04

Ь 136-Ь 133 3 3 3192.3(4) +0.3(5) +0.07

К137-К133 3798.4(3) 1.137-1. 133 3794.2(20) +4.2(20) +2.27

у 137- г133 3794.0(9) +4.4(9) +2.2В <

К13Т-К136 605.7(3) Ьг137-Ь,13б 601.8(21) +3.9(21) +2.12

*137- у13б 601.4(9) +4.3(9) +2.21

Глава 3 посвящена исследованию атомно-ядерных процессов в (п.гЬрезкции на тепловых нейтронах.

При захвате теплового нейтрона ядром А образуется ядро А+1 в возбужденном состоянии и при этом оно практически не получает импульса отдачи, поскольку тепловые нейтроны имеют очень низкую энергию. Если затем происходит распад с . испусканием каскадных г-квантов, то при испускании первичного г-кванта ядро яолучает импульс и приходит в движение. Тогда для вторичного у-кванта, который излучается движущимся ядром, должпо наблюдаться доплеровское смещение. Величина смещения определяется известной формулой:

й=Е„ (У/с) соз?)

_ '2 „

где Е^ . энергия вторичного т-кванта, V- скорость ядра отдачи, с-

скорость света, и - угол между направлением движения ядра отдачи и направлением вылета вторичного 1-квэнта. Поскольку само движение ядра отдачи индуцируется первичным т-квантом, то используя закон сохранения энергии и импульса, можно получить еще одну Формулу дли величины доплеровского смещения в начальный момепт в^ глпни:

й».«к - 1.07-103Е Е /к (эВ)

»1 I г

где иВ( - энергии первичного и вторичного, »-лучей в МэВ, А-массовое число. Данная формула позволяет проанализировать зависимость доплеровского смещения от массового числа ядра отдачи. Максимальная величина доплеровского смещения для типичных энергий, наблюдаемых в (п,т)-реакции на тепловых нейтронах, изменяется от "500 эВ для А=25 до ~ 50 зВ в районе /1=200.

Если процесс происходит в конденсированной среде, то скорость ядра отдачи, падает, а значит уменьшается и величина наблюдаемого доплеровского смещения. Измерение величины доплеровского смещения »-квантов позволяет определять времена жизни возбужденных состояний ядра (если процесс торможения известен) либо изучать процессы торможения ядер отдачи (если известно время жизни ядерного состояния).

Схема опыта для измерения доплеровских смещений приведена на рис.4. Мишень и три детектора (два KaJ(Tl) и один Ge(Ll) (или HPGe -детектор)) располагались в одной плоскости, перпендикулярной к пучку нейтронов. Се-детектор служил для измерения вторичных »-квантов, а два детектора NaJ(Il), расположенные под углами 90° и 180° к нему, предназначались для регистрации первичных »-квантов, находящихся с ним в совпадениях. Поскольку направление скорости отдачи противоположно направлению вылета первичных »-квантов, то в спектре совпадений под углом 180° cos? = 1 и вторичные »-кванты испытывают наибольшее смещение. В спектре совпадений под углом 90" cos«! = 0, доплеровское смещение отсутствует. Сравнивая положения »-линий в спектрах совпадений под углами 180° и 90° для вторичных »-квантов, мы можем определить величину доплеровского смещения.

Для проведения измерений времен жизни тя высоковозбужденных состояний ядер на горизонтальном пучке реактора ВВР-М ИЯИ HAH Украины была создана экспериментальная установка, которая изображена на рис.5. Для формирования пучка тепловых нейтронов использовался монокристаллический кремний. Сечение пучка в месте расположения мишени ~ 3 смг, мощность потока- 1.1-10® и/с■смг. в работе использовалась аппаратура регистрации и анализа сигналов в стандартах ВЕКТОР, КАМАК, NIM и ЭВМ СМ-1420. Электронная часть аппаратуры собрана по стандартной схеме быстро-медленных совпадений. В процессе измерений в блоках памяти ОЗУ накапливались три спектра: спектр »»-совпадений НРСе-детектора с NaJ(Tl) -детектором, расположенным под углом 90°, спектр »»совпадений

о рщ (X 'арасрин < О Еййщ ¿1,

И Д? ЕВ С/

таль

NaJ

Л

V

г

Се

■

Рис. 4.

Рис. 5. Схематическое изображение экспериментальной установки для измерения времен жизни в (п,у»-реакции ку тепловых нейтронах на горизонтальном канале реактора ВЕР-М ИЯИ АН Украины

VI

I

ГЧ5

HPGe-детектора с NaJ(Tl) - детектором, расположенным под углом 180°, и одиночный »-спектр. Спектры регистрировались одним и тем же Ge~детектором, проходили один и тот же спектрометрический тракт и анализировались одним и тем же АЦП. 'Отсутствие смещений »-линий в спектрах »»-совпадений под углом 90° свидетельствовало об отсутствии систематических ошибок при определении смещения.

Наблюдаемая величина доплеровского смещения д рассчитывалась с учетом теории торможения Линдхарда и др. и теории рассеяния Блаугрунда на- основании формулы:

_ . r V(-t) COS?) 1

д= ¿„„cosO.+e^j ----— exp (- t/тд) dt

где гя~ время жизни возбужденного состояния ядра, V0 и Vit) -скорости отдачи ядра в начальный момент и в момент времени t, cöss> - среднее значение косинуса угла мекду направлением скорости ядра отдачи и направлением вылета вторичного »-кванта в момент времени t, й„,а„ - максимальная величина доплеровского смещения, cös"(¥7+57) - учитывает геометр!® эксперимента. Согласно этой формулы была составлена программа "LIND, которая рассчитывала кривую зависимости ослаблешы доплеровского смещения F=ü/ü„„„ от гя для каждого исследуемого уровня.

При обработке экспериментальных спектров предполагалось, что формы линий в спектрах совпадений под углом 90° и под углом 180° одинаковые, поскольку величины доплеровского смещения достаточно малы относительно приборном ширины к-линии. Поэтому определялось только смещение линии в спектре совпадений под углом 180° по отношению к несмещенной »-линии в спектре совпадений под углом 90°. Тогда, если одпу из' линий принять за приборную, заданную в табличной форме как F(x)+C, С - фон под линией, а в промежутках меэкду точками описать ее методом кубических сплайнов, то другая опишется выражением y(x)=A-F(x+ü)+D. Здесь А - отношение амплитуд линий. D - величина фона, as- искомое смещение. Параметры А, С, Вид определятся путем подгонки одной мщ к другой по методу наименьших квадратов.

На рис.б. приведены участки спектров гт-совпадений для первичной 1,3540 кэВ и вторичной »24934 кэВ у-линий и- реакции z0Sl(n, )f )29Si. а также зависимости хг, полученные в результате обработки спектров совпадений. Из рисунка видно, что для

1оооо Кс

8000

6000

4000

2000

« 23,

7,3540 кеУ

• »

44

43

42

73540 кеV

\ Л»*«

Л.

0 -.--1-1-1-.- 40

Э690 3700 3710 3720 -40 -20 0 20

И,

5000

К <000

7,4334 ЬеУ.

ииМ1*

32

31

74934

5150 5150 5170 51Й0 8190 0 560 530 600

2

»

I

*

»

♦

»

1>и(;.6. Участки спектров 1 »-совпадений для первичного к,3540 и вторичного Iг4934 »-переходов и зависимости х2

вторичного 4934 кзВ смещение л=580±22 зВ. Для первичного »,3540 кзВ в той ке серии измерений получено Д=2±18 эВ, т.е. первичный »-квант не испытывает доплеровского смещения.

С целью проверки правильности работы установки, а также определения оптимального района для измеряемых времен жизни г данным методом, били проведены измерения г для двух ядер гэ31 и "Э, схемы распада которых удобны в экспериментальном плаче и времена жизни которых измерены достаточно хорошо в широком временное диапазоне. Результаты измерений представлены в таблице 4.

Таблица 4. Энергии уровней и »-переходов, величины доплеровсккх смещений к времена жизни уровней гэ31 и 33£

Изотоп ЕУР (кэВ) тя (Фс) Еь (кэВ) Е Ъ (кэВ) ^ва* ОВ) б) ОВ)

29Й1 12ТЗ 400 ± 30 В) 1273 в) 12 * 16

2426' 20 ± 5 в) 2426 В) 240 ± 66

4934 1.22 £ 0.18 3540 4934 644 570 ± 13

" 3661 423 311 ±76

6381 0.52 0.16 2093 6381 493 460 ± 45

ззд 841 1690 40 в) 841 В) -2 ± 6

3221 . 40 ± 12 5422 3221 2380 566 391 193 ± 18 143 ± 10

4211 46 7 4432 3370 484 254 ± 50

5711 2 + ' 4 г Г) 2927 4870 463 389 ± 40

5889 7 + 15 7 Г) 2748 5048 450 326 ±100

6425 9 + 21 9 Г) 2214 5584 401 270 ±100

Примечание:

а) Значения гя взяты из работы Еш11;,№Е\1990,?.л310,р.1.

б) Наблюдаемые значения доплеровского смещения (бе1 поправо! на конечные размеры детекторов и случайные совпадения).

в) Имеется несколько переходов, затггывающих даяний уровень и Для них не приводятся. г)тя получены в данной работе.

Как видно из таблица, малым временам гагани уровней соответствуют больше донлеровские смещения, в то время как большим- малые (ядро отдачи тормозится). Проверив и отладив методику, мы приступили к измерениям времен кипи возбувденных состояний.Оптимальным рабочим районом для измерения времен жизни на нашей установке по предложенной методике есть диапазон 1< т< 150 фс.

При измерении времен жизни высоковозбужденпых состояний гс!.'5 и згР использовался НРСе-детектор с эффективностью 50л и разрешением 2 кэВ на г1332 кзВ воСо. При исследовании реакции 2,Г^(п,7)25!% использовалась металлическая шазнь с природной-смесью изотопов весом 4.6 г. Мишень 31Р представляла собой '.юдификацию красного фосфора весом 9.8 г. Для каждого ядра было проведено по два измерения. Время каждого измерения составляло 90 часов. Полученные результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5. Времена шзни уровней и эгР

Изотоп ЕУР (КЭВ) I* ? {%) X (фс)

4277 3414 1/23/2" 99 * 14 89 ± 4 < 5 4 ± г

згр 5780 1" 83 ± 22 к + 1г 6 - е

5350 4678 4663 2" 1-(0,2)" 68 ± 36 107 ± 14 65 ± 54 + 51 16 - 16 < 3 20Ч 250 ¿и

4036 3264 1* 2" 90 ± 5 17 ± 5 •1.1 У. 4 180 * 70

Для уровней 4277 и 3414 кэВ ядра ранее существовали

только оцешот времен жизни, которые не противоречат нашим данным. !ремя жизни уровня 3414 кэВ, 3/2", т=4±2 фс. хорошо согласуется со шачением с-6±1 фс " для аналогичного уровня 3062 кзВ, 3/2* юркального ядра Недавно измеренное в реакциях с тяжелыми

гонами время жизни .этого уровня т=9±6 Фс я пределах ошибок ■акже согласуется с нашим значением.

Для ядра 1г? почти все данные новые. Ранее б*:ло тмсрено ■олько время жизни уровня 3264 кэВ, т=130±30 фс, которое лор^м

- 26 -

согласуется с полученным значением т=180±70 фс.

При измерении времен жизни возбужденных состояний 28А1 использовалась мишень 27А1 с чистотой 99.99%. Полученные значения времен жизни возбужденных уровней ядра 2ВА1 представлены в таблице б. Они согласуются с имеющейся компи ляцией данных по времепам

Таблица 6. Времена жизни уровней 28А1.

Еур (кэб) Iя F (%) х (фс)

6200 5443 5135 4766 4691 3876 3591 (2*—4*) 2" з-2" 3" 2" з- 105 ± 47 79 ± 15 99 ± 11 84 ± 6 88 ± 5 65 ± 9 39' ± 5 < 12 7 * 5 < 3 4 ± 2 3.0 * 1.5 12 ± 4 36 ± 7

3465 2138 1622 4" 2* г* 17 ± 5 84 ± 11 25 4 6 108 * || 4 ± 3 83 ± 23

для этого ядра, но противоречат данным работы Эл-Акада и др., NP,A283(1977),p.12.

В исследованиях tfl 66Fe использовалась мишень из обогащенного до 99.9% S4Fe в виде порошка весом б г. Проведено два измерения длительностью по 90 часов кавдое. Результаты измерений представлены в таблице 7. Для уровней 1919, 2050 и 24ТО кзВ проведено сравнение полученных времен жизни т с рассчитанными по оболочечной модели с потенциалами Куо-Брауна и «-поверхностного взаимодействия. Показано, что расчеты с потенциалом Куо-Брауна дают лучшее согласие, чем с потенциалом 6-поверхностного взаимодействия.

При измерениях времен жизни S8Fe использовалась мишень, состоящая из кусочков фольгированного железа массой 4 г, обогащенного до 95% изотопом S7Fe. Было проведено два измерения длительностью по 85 часов каждое. Результаты измерений представлены в таблице 8. Времена тзни возбужденных состояний 3630 , 3537, 3244., 3004, 2876 и 2782 кэВ достаточно хорошо согласуются с временами жизни аналогичных состояний в соседним четно четном

ядре 56Ре. Нами исследованы также времена шзнн возбужденнг состояний 6'1 Сг, они обсуждаются в Главе 4. Таблица 7. Времена жизни уровней 45Ее

Еур I" F t (Фс)

(кэв) (%)

5119 63 ± 15 8*5

4708 (1/2,3/2) 71 ± 17 6 ±4

4495 1/2- 73 ± 11 5 ± 3

3907 (1 /2,3/2) 94 ± 20 < . 5

3790 1/2- 78 ± 35 < 16

3552 (3/2-) 87 * 15 < 5

3285 . 68 ± 30 11 ± 10

3029 3/2" 44 ± 16 21 i 12

2470 3/2- 40 i 5 21 ± 4 -

2050 3/2- 59 ± 8 11 ± 3

1918 1/2- 44 ± 10 17 ± 6

Далее в главе 3 описано проведенное исследование процессов торможения ядер отдачи в веществах сло:шого химического состава. Теоретическое описание этих процессов было сделано Блаугрундом на основании теории торможения Диндхарда.и др.. Для исследования била выбрана реакция 3ZS(n,r)33S на тепловых нейтронах, в. которой хорошо возбуждается уровень 3220 кэВ, 3/2", время жизни которого г=40 + 12 фс неоднократно измерялось во многих работах. В качестве мишеней били выбраны природная сера, шнцентрировзппая 98% и разбавленная 35% серная кислота, а также поликристалл сЬЧяцового блеска РЬ5. Результаты экспериментальных данных ослаблений доплеровскях смещений F по отношении к ослаблении доп.перовского смещения для природной серы Р. приводятся в таблице 9, где они сравнивается с теоретически рассчитанными отнопспиями Г/Г, "(теоретическое отношение F/F, практически не зависит от погрешности времени лизни уровня 3220 кзВ). Ролупетме экспериментальные результаты в пределах ошибок соглчсуптся с расчетами выполненными по формулам Елаугрунда. Г)тг> позволяет сделать вывод о том, что теория Блзугрунда правильно ог.'/сивает процессы торможения и рассеяния ядер отдачи в веществе слотлого химического гестапз при малых скоростях ядер отдачи v'c ~ 10"< и en tvyro псл-зопаться для анализа доплеровскях сиечот«!* j луч«:?, г.

- 28 -

(п,у)-реакции на тепловых нейтронах и процессов торможения. Таблица 8. Времена жизни уровней 5еРе

Еур (КЭВ) Iя т (Фс)

5414 124 ± 28 < 1

5295 73 ± 17 5 ± 4

5221 115 ± 37 < 3.5

5001 4 4 74 ± б 4.3 * 1.4

4551 1 * 30 ± 7 30 10

4444 4 + 59 39 8 + 40 8

4323 ■4 ♦ 49 ± 17 16 10

4298 80 ± 17 4 ± 3

4139 80 ± 13 4 ± 3

3882 4 + 93 ± 8 1 * 1

3630 г* 26 ± 12 37 + 42 16

3537 г 48 б 15 ± 4

3244 о* 21 ± 13 45 + 97 20

3084 г* 20 ± 4 68 ± 13

2876 г* 19 ± 5 43 + 24 11

2782 г 11 ± . 3 90 ± 25

Таблица 9. Экспериментальные и теоретические значения Г/Т,

Мишень ? / 1?,

ваши измерения теория

98%Н2!504 1.02 + 0.07 1.0

. 35*Н2БО< 1.31 + 0.16 1.2

РЬБ 0.67 +0.11 0.78

Глава 4 посвящена рассмотрению некоторых вопросов методики определения величины доплеровского смещения и уширения »-линий в (п,т)-реакциях'на тепловых нейтронах.

Теоретических и экспериментальных работ. посвищсштх. исследованию торможения ядер отдачи при скоростях у/с ~ Ю"1

- 2У -

очень мало. Мы решили провести самостоятельный расчет кривой тормозных потерь, используя потенциалы взаимодействия наиболее подходящие для нашего диапазона энергий ядер отдачи (Томаса-Ферми и Мольера). Кроме того, при обработке результатов измерений мы предполагали, что формы линий в спектрах п-совпадений под углами 90" и 180° одинаковы и доплеровское смещение определялось по смещению одной линии относительно другой. Чтобы подтвердить справедливость такого приближения, мы провели другой расчет, в котором форма »-линии в спектре ïï-совпадений под углом 180° определялась из свертки доплеровского распределения и., приборной формы линии (приборной функции отклика) в зависимости от времени жизни уровня ядра тя. Нами был проведен также расчет формы ï-линии, искаженной доплеровским уширением и проведено сравнение экспериментальных данных пашей и гренобльской группы для 61Сг.

В (п,у)-реакции на тепловых нейтронах для подавляющего числа случаев энергия ядра отдачи не превышает 1000 эВ. В этом диапазоне энергий электронным торюжением можно пренебречь, а ядерное торможение определяется упругими столкновениями ядер. Для расчета и анализа энергетических потерь удобно пользоваться безразмерными величинами, как это делается в теории Линдхарда. В этих единицах тормозные потери выражаются как dt/dp.

Для расчета de/dp нами использовались потенциал Томаса-Ферми и потенциал Мольера, последний из которых считается наиболее подходящим для описания взаимодействия в низкоэнергетической области. Нами была составлена программа ТОРМ на ЭВМ СМ-4, позволяющая вводить различные потенциалы взаимодействия.

Потенциал Томаса-Ферми имеет вид:

vr,(r) = -у— е2 р(г) ч>(г) - универсальная функция, заданная в виде таблицы. В нашей _ программе она интерполируется методом кубических сплайнов, fía рис.Y тормозшге потери de/dp, расчитаипые с потенциалом взаимодействия Томаса-Ферми представлены кривой 1. В работе скорка и др. приведены тормозные потери di/dp, которые также рассчитаны с потенциалом Томаса-Ферми, по в более грубом приближении. Этим распределением dr/ñp m широко пользуемся для анализа ослабления дпплеропских смещений- * -.адвМ (кривая 2).

Нотишлпч Мольера р.чпе? гид:

Рис.8.'Зависимости ослабления доплеровского смещения Р от времени жизни возбужденного состояния ядра т для

z z

V(r) = e2 (0.35exp(-0.3x)+0.55exp(-1,2x)+0.1Oexp(-6.(te)), где x = r/aTF. Зависимость de/dp, рассчитанная с потенциален Мольера, представлена хсрявой 3. fiait видно из рис.7, кривые мало отличаются друг от друга. Во многих случаях при анализе удобно иметь аналитическое выражение для тормозных потерь. Достаточно

3_

хорошим приближением является зависимость йс/öp Она

представлена на рис.7 пунктирной линией. Все эти распределения de/dp используются наш в программах вычисления времени етзпи уровней из ослабления доплеровского смещения.

На рис.8 приведена зависимость ослабления • доплеровского' смещения Р от времени кизни возбувдекяого состояния тя для уt5422 кзВ 33S , рассчитанная с использование»? тормозных потерь для различных потенциалов взаимодействия: 1 - тормозные потери взяты из работы Скорка и др.; 2 - тормозное потери рассчитаны с потенциалом Мольера; 3 - тормозные потери рассчитаны с потенциалом Томаса-Ферми. Они показывают, что если тя и 80 ' фс, то использование различных зависимостей de/dp(с) не приводит к изменению значения гя более чем на 15%.

Нами получено выражение для распределения y-лучей по доплеровскому смещению их энергии, которое имеет вид:

dN бак , л чк-1 r f { t лк

= ^[^ОЧ-та )]

г0 1

где а=е,,'€ — , к =- ,

я 3tG(r)/r + 1l

Имея донлеровское распределение энергий у-квантов öH/lü, а также приборную форму линии Ф(Е) (у-линия, снятая в спектре совпадений под углом 90°), мы (ложем рассчитать форму у--линии Н(Е), искаженную доплеровским смещением (измеренную в" спектре совпадений под углом 180°):

kr—' öH N(E) gj Ф(Е + Л) di

Для расчетов Н(Е) была написана программа ЬЕВШ, в которой рассчитываемая форма, линии подгонялась под экспериментальную по методу наименьших квадратов. При этом варьировалось четыре параметра: отношение амплитуд лилий, фоны под рассчитываемой и экспериментальной линиями и время жизни уровня тя- В результате

таких расчетов мы можем определять неизвестное время юга пи уровней тя или исследовать различные зависимости тормозных потерь йе/р, если известно тя-

Для целого ряда исследованных нами уровней по этой программе бшш определены значения времени жизни тд. Эти значения сравнивались со значениям!! rfl, полученными нами ранее из расчетов ослабления доплеровского смещения F(th). Оказалось, что они в пределах 103 согласуются между собой. Это позволяет сделать вывод, что наша прежняя обработка результатов измерений, в которой тп определялось из смещения /-линии под углом 180° по отпошениго к /-линии под углом 90" в спектрах //-совпадений, является оправданной.

Нами также получено выражение для распределения /-лучей по доплеровскому уиирению их энергии,которое имеет вид:

ан a Ly r , , д* .»'Э f д* .-3'6

ал - т^г ) (1 Ч -a )! га ал* l^l

Учтем влияние угловых //-корреляций на доплеровское распределение /-квантов. Первичные /-лучи, как правило, имеют мультипольность Е1 или М1. Тогда угловые //-корреляции будут шеть вид:

Я(0) = 1 + й2Рг (COS0J = I + g- (3COSго - 1) и доплеровское распределение с учетом угловых //-корреляций запишется следующим образом:

<ЗН а д д* 1/3 д* -з/s

as - f ■( и Ч-бЧ1 НКт:) dA*

HI

Для нахождения доплеровского распределения dH/йд по формулам были составлены нрограмш расчетов на ЭВМ. Выла также составлена программа расчетов экспериментальной Форш линия, - которая получается из свертки приборной функции отклика и распределения. По эт;ы программам был проведен анализ экспериментальных форм линий для некоторых переходов в ь<С'г, шкуренных в пашг;й работе и в работе гренобльской группы. . •

Времена жизни возбуадеипнх состояний в,сг были коучопы в (п,/)- реакции па тепловых нейтронах. Всего было проведено пять измерений длительностью 70-60 часов кагдов. Результаты кпмереиий приставлены в табл. 10, где спи срятгста«:гея с другл-'н работами.

;чз -

Тпопща Ю. Времена м'.зпи г уртвнен

V кэВ I"» V кэВ Г, V ФС

% ноша работа раб/205/ раб/197/

4013 0* 3178 88 ± 11 - с _ о

3720 1 * ,2* 3720 66 ± И 1 1 £ Г, < 43 о1 * 5

3437 2* 2602 59 ± 7 13 * 4 < 15

3393 2558 41 ± 15 ! \ < 27

3074 г* 2239 81 ± 6 5 ± 2 < 25 13 ±2

ПримечаниегРабота /205/-Н.Р. ,1980,А337,р.1, /197/-Гренобль.

Времена жизни, приседонные в последней колонке, не согласуются с нашими значениями. Они получены в Гренобле с помощью двухкристалльпого спектрометра САМ5-4 в (п,»)-реакции на тепловых нейтронах. [Сак и в нашем случае, у них илрз получзмг импульс отдачи за счет вылета первдепшх »-лучей. Однако мы наблюдаем доплеровское смещение »-линий, в то время как в работе гренобльской группы наблюдают доплеровское укирение »-линий.

Используя подходы, разработанные в данной главе, ми провели анализ нолучешгах данных и показали, что различие значений сд, полученных п пашей работе и в работе гренобльской группы, в значительной степени связано с различием теорий, используемых для описания процессов торможения ядер отдачи в веществе. Как видно из Таблицы 11 наблюдается удовлетворительное согласие значений т}Г если для обработки результатов измерений использовать одну и ту же теорию Линдхарда и др..

Таблица 11. Анализ значений тя уровней 3074 и 3720 64Сг.

кур» Время жизни уровня тя, фс

кзН Наша работа Результаты работы/19Т/нри использования различных доплеровских распределений »-лучей

работа/197/ Теория Линдхарда

без учета »»(е) с учетом »»(е)

3074 5 ± 2 13 ± 2 (13.8±1.2) 8.8 ± 0.4 . 7.6 ± 0.9

3720 11 ±5 31 ± 5 (25 1 4) 19.0 ± 0.8 17.4 ± 1.1

В приложения к диссертация приведены экспериментальные спектра ^-совпадений я таблицы вероятностей ^-переходов в единицах Вайскопфа для исследованных возбувденных состояний ядер.

В заключении излагаются основные результаты настоящего исследования, которые сводятся к следующему:

1. Разработан метод измерения энергии ^-квантов на гамма-спектрометрах с НРСе-детекторами в некоторых случаях по точности близкий к точности кристалл-дифракционных спектрометров. С помощью разработанного метода удалось решить ряд важных физических задач:

a). Проведен-; точные измерения энергии ^-перехода 129432 ± 1 зВ 1911г, что позволило, используя результаты измерений сне-снектров на р-спектрометре я/2, определить энергии ИХ-линий оне-спектра 1г примерно с такой же точностью и провести сравнение с теорией Ларкипса, что ранее было сделать невозможно из-за большой погрешности в значении энергии у 129.

b). Определены значения энергии 7-квантов в распаде ,в1йГ: 133057.4 ± 1.4, 345937.1 ± З.б, 482183.9 ± 3.3 эВ. Это позволило определить энергии остальных'переходов и энергии уровней 181 Та примерно с такой же точностью, что на порядок, величины лучше, чем в ранее известных работах.

c). При измерениях спектров рентгеновских КХ-линий Ей из распэда 163Сс1 и ,вз8га, в пределах точности эксперимента (0.8*0.9 зВ), не обнаружено смещения рентгеновских линий, связанных со способом образования вакансии (электронный захват или р-распад). Это показывает, что наблюдаемое при электронном захвате изменение энергии связи электрона примерно одинаковое как на К-, так и на Ь-оболочках.

2. Обнаружен эффект смещения конверсионных линий вследствие ионизации атома после электронного захвата. Для К-линии внутренней конверсии т-перехода 963 кэВ, разряжающего состояние 1"( Т,/2= ЗИ0",4с) в распаде 152"Ей,измеренное смещение составляет 20±б эВ. Не обнаружено смещений конверсионных линий, разряжающих более долгоживущие уровни 1085 кэВ 2+ (Т1/г-9.10:"13с) в г5гБт и 903 кэВ, 2+ (Т1/г- 1.7«10*1гс) в ,В4И. Это показывает, что ионизация атома исчезает раньше, чем происходит разрядка возбужденного состояния.

Сделана оценка времени жизни атома в ионизированном состоянии. которое возникает после электронного захвата. Получено

значение Т1/2=Т <-10",sc, что в конденсированных средах сопоставимо с временем подхода электронов из ближайшего окружения атома.

3. Создана методика измерения малых доплеровских смещений r-линий в радиоактивном распаде при излучении у-кванта ядром отдачи, которое пришло в движение в результате испускания ядром Э- частицы или т- кванта.Измерено доплеровское смещение у2754 кэВ, разряжающего уровень 4123. кэВ, 4+ (Т,/ = 3.5 • 10*,4с) при Э~-распаде ядра 2''Ma. Величина смещения составляет 61 ± б эВ при энергиях р-частиц Е^ 0.9 МэВ. Она согласуется с теоретическими расчетами и с экспериментальным значением, полученным позже Дубнинской группой. Не обнаружено доилеровское смещение к1368 кэВ в результате движения ядра отдачи после испускания г2754 в радиоактивном распаде z<Na. Время жизни уровня 1368 кэВ достаточно велико {Т,/2= 1.95 ■ 10-,2с) и ядро успевает затормозится до испускания у1368 кэВ.

4. Впервые экспериментально наблюдался эффект сверхтонкого смещения конверсионных линий в ,8,Та вследствии взаимодействия К-электрона с магнитным моментом ядра. Величина смещения составляет 4.4±0.9 эВ для разности K137-R133. Значение смещения по знаку совпадает с теоретическими предсказаниями, но по величине несколько превышает его. При дальнейшем развитии теоретических и экспериментальных исследований возможно использование измерения смещения конверсионных линий вследствии сверхтонкого взаимодействия в качестве одного из методов для - определения магнитных моментов ядер.

5. Предложен и разработан новый метод измерения .лремен жизни возбужденных состояний ядер в (п,т)- реакции на тепловых нейтронах. Метод основан на измерении ослабления доплерорского смещения энергии вторичных у-квантов в спектрах иг-совпадений с первичными у-квантами под углами 180° и 90°.

6. Создана экспериментальная установка на горизонтальном канале реактора ИЯИ АН Украины, позволяющая измерять времепа жизни возбужденных ■ уровней ядер в (п.т)-реакции на тепловых нейтронах.

7. Исследованы времена жизни высоковозбуждепных состояний ядер Z5Mg, 28Al, 29S1, Э2Р, 33S, e<Cr, 5,Fe, saFe. В цеЛом измерены времена жизни более 60 состояний изученных ядер, m пих около половины - впервые.

- 36-

Проведено сравнение полученных экспершентальных данпыг для исследованных ядер с имеющимися теоретическими расчета!«!. Из сравнения экспериментальных данных для ядра 85Ро с расчетами по оболочечной модели с потенциалом Куо-Брауна и с потенциалом б-поверхностпого взаимодействия показано, что возбужденные состояния 5 5 Ре лучше описываются потевдалом ЕСуо-Брауна. Полученные экспериментальные данные о временах жизни могут способствовать дальнейшему развитию теории.

8. Проведена экспериментальная проверка теории торможения Яиндхарда и др. и теории рассеяния Блаугрунда в веществах простого и сложного химического состава в (п,» Ьреакции при малых скоростях ядер отдачи 7/с~10"4. Показано, что эти теории правильно описывают рассеяние и торможение ядер отдачи и могут быть использованы для определения времен жизни возбужденных ядерных состояний. Созданы программы теоретического расчета ослаблений доплеровского смещения в зависимости от времени жизни возбужденного состояния ядра тя в веществах простого и сложного химического состава, в основу которых положены теория торможения Ливдхарда и др. и теория рассеяния Блаугрунда.

9. Составлена программа и проведен расчет на ЭВМ тормозпых потерь ядер отдачи в диапазоне энергий, соответствующих (п\ »)-реакцш на тепловых нейтронах. В расчете использованы потенциалы взаимодействия Томаса-Ферли и Мольера. Показано, что эти кривые тормозных потерь мало отличаются друг от друга, а также от кривой, приведенной в работе Скорка и др. к зависимости,

описываемой формулой Рассчитаны зависимости ослабления

доплеровского смещения Р от времени жизни возбужденного состояния хр с использованием различных кривых тормозных потерь. Оказалось, что если ,тд 80 фс, то использование разных кривых ?(тр) не приводит к изменению значения гд более, чем па 15%.

10.. Получено выражение для описания доплеровского смещения энергии »-линии. Составлена программа расчетов для описания формы »—линии, искаженной доплеровеккм смещением. Показано, что в пределах 102, значения гя, полученные из расчетов ослабления доплеровского смещения, согласуются с тд, полученными из расчетов Форш »-линии. Это оправдывает принятый нами способ обработки результатов измерений при определении гя.

Получено выражение для описания доплеровского распределения

энергии вторичных у-квантов в направлении детектора, которое соответствует несмещенному уширенному распределению. Составлена программа расчетов для описания формы у-линии, искаженной дошзеровскш уширением. По этим программам проведены сравнение и анализ значепий гя для некоторых переходов 54Сг, полученных в нашей работе и в роботе Гренобльской группы. Наблюдается удовлетворительное согласие значений гя, если для обработки результатов измерений использовать одну и ту з;:е теорию. Поскольку методики исследования в напей работе и роботе Гренобльской группы существенно разные, то это согласие подтверждает кок правильность, разработанной иски методики измерения врс:.:ея зшзни внеоко-возбуядетпшх состояний ядра, так и прэвдшгость используемых теорий торможения и рассеяния.

Основные результаты диссертации опубликованы в-- следующих

работах:

1. Булгаков В.В., Назновсцкий A.B.ЛСупрлшкни В.Т., Стрильчук П.В., •£еок?истсв А.И. точные измерения зперпга КЬЬ-группя ore- электронов Ir и LU.//B кн.: Вопросы точности в ядеряой спектрскотазд, 4.1. Вильнюс, Код. Иа-та {изики, 1992, С.6-11.

2. Булгаков В.В., КдаповецкшТА.Б., Киршцук В.П., Коваленко С.Л., Купряютш В.Т. .Лакко А,.П., Стрильчук П.В..Феоктистов

А.И., Шаповалова И.П. Исследование эффекта зависимости 'энергии КЬЕ-группы оже-электронов Ir и tu от способа возбуждения атома //Изв. «1 СССР. Сер.физ.1991 -Т.55-И11-С.2147-2153.

3. Булгаков В.В. .Киршаук В.И. .Купрягакин В.Т.,Лашко А.П. .Сидоренко Л.П..Стрильчук Н.В..Феоктистов А.И..Шаповалова И.П. Исследование распа'да 18,ПГ//Изв. АН СССР. Сер.физ., 1908, Т.52, 0.32-36.

4. Коаутский D.E., Купрпикин В.Т., ОлейшткВ.С., Полянский А.Л., Стрильчук Н.В., Феоктистов А.И., Шаповалова И.П. Измерение с высокой точностью энергий переходов в распаде *8'ПГ// Тезисы докл. 39 Совещания по ядерной спектр, и структ. атомного ядра.-Л.-1989--С.-116.

5. Кошутский Ю.Е., Купряшюш В.Т., Лашко А.П., Феоктистов А.И., Шаповалова И.П. Энергии и интенсивности y-лучей из распада 18,Hf // Тезисы докл.37 Совещания по ядерпой спектр, и структ!. атомного ядра.-Л.-1987-С.139.

6. Булгаков В.В.,Кирищук В.И. Дунряикии В.Т. ,Лагако А.П.,

Стрильчук Н.В., Феоктистов А.И., Шаповалова И.П. Эффект зависимости энергии оже-электронов от способа возбуждения атома.//Изв. АН СССР,сер.физ..1989.Т.53,С.2120-2124.

Т. Купряшкин В.Т..Стрильчук Н.В..Феоктистов А.И., Шаповалова И.П. Поиск зависимости энергии Хк-лучей от способа образования вакансии на К- оболочке // Тезисы докл. 39 Совещания по ядерной спектр, и структ. атомпого ядра.-Л.-1989-С.222.

8. Булгаков В.В..Гаврилюк В.И.,Кирищук В.И. ,Купряшкин В.Т.Лашко А.П. .Стрильчук Н.В. .Феоктистов А.И. .Францев ¡O.E. Обнаружение эффекта смещения К- линии внутренней конверсии перехода 963 кэВ вследствие ионизации атома после электронного захвата 1S2"Eu /,/Изв.АН СССР,сер.физ. ,1987.-Т.51 .-С.1874-1882.

9. Булгаков В.В., Купряшюш В.Т, ЛашкоА.П., Стрильчук Н.В., Феоктистов А .'И. Смещение линий внутренней конверсии г-лучей вследствие ионизации атома после электронного захвата.В кн.: Вопросы точности в ядерной спектроскопии. Вильнюс, Изд. Ин-та физики АН Лит.ССР, 1988, с.19-23.

Ш.Булгаков В.В. .Купряшкин В.Т.Лашко А.П. .Стрильчук Н.В. .Феоктистов А.И. Подтверждение существования эффекта смещения линии К963 в распаде 152"Ей.//Изв.АН СССР,сер.физ.,1989,Т.53,С.35-37.

11.Булгаков В.В.,Гаврилюк В.И.,Кирщук В.И..Купряшкин В.Т.,Лашко . А.П..Музалев П.П., Сидоренко Л.П., Стрильчук Н.В., Феоктистов

А.И. Определение параметра проникновения для El- компоненты перехода *537, разряжающего уровень 1285 кэВ, 5;184Я // ИЗВ.АН СССР,сер.физ.,1987,Т.51,С.1915-1918.

12.Булгаков В.В., Гаврилюк В.П., Киргацук В.И., Купряшюш В.Т. и др. Определение КВК на K-оболочке *537 кэВ в распаде ,a""Re// Тезисы докл. 37 Совещания по ядерной спектр, и структ. атомного ядра.-Л.-1987- С. 141.

13.Купряшкин В.Т,.Митрохович П.Ф..Стрильчук Н.В..Феоктистов А.И., Шаповалова И.П. Наблюдение доплеровского смещения j-линии при радиоактивн. распаде 21Ка//Изв.АН СССР,сер.физ.,1989,Т.53,С.2-б

14.Купрящкип В.Т..Стрильчук Н.В..Феоктистов А.И..Шаповалова И.П. Наблюдение доплеровского смещения j-линии при радиоактивном распаде 24Na.B кн.: Вопросы точности в ядерной спектроскопии. Вильнюс, Изд. Ин-та физики АН Лит.ССР, 1988, С.86-91.

15.Купряшюгн В.Т., Лашко А.П.v Остапенко Б.В., Стрильчук Н.В., Феоктистов А.И. Определение разности энергии переходов ц133,

у 136 и »137 в ,в1Та /Л1зв. РАН, Сер.физ.-1994-Т.53-Н1 -С.43-46.

16.Коиутсю1й Ю.Е..Купряшкин В.Т..Стрильчук Н.В..Феоктистов А.И., Шаповалова И.П.йзнерешт времен яизни ядер в (п,у)-реакщт на . тегоюннх нейтронах/Л1зв. АН СССР,сор.Фкз. ,1939,Т.53,С.2125-2129

17. Kupryashkiti V.,Feo!rtistov A.floppier slilit attenuation llfetitcs measurements oi exited nuclear levels after thermal neutron

' capture // Workshop on application of high resolution garraa-spectroscopy in studies of atomic collisions and nuclear lifetimes. -ILL, Grenoble-France- 1992-?2HGB16T-P.233-241.

18. КупряЕкин В.Т. ,Стрклъчуг. H.B. .Феоктистов к.'Л. «Шзповэлоза И.П. ■ Намерение времени яггзпн в'иижознергетичоскгс: сосгоянпи я;:рз, возОуздсеихт в (а»г)- репклдях ш? тепловик к< ktpomx // В кн.: Вопроси точности в я,т.орп".:'ц свектрос'.'З'гл. B-t.-u.arc, Иол. Ks-та фКЗИКЯ АН Лит.ССР, 1950.-С.85-90.

19. Кондратьев В.Н., Храпзц Н.С., Купряшкп;:: В.Т., Стрилъчук II.3. и др. О дошврозскпг искакепияк »-люшЗ в (п, тЗ-рссхЦга! па тепловых нейтронах // Препринт 1С 'ЛИ-92-5-1992-20С.

20. Ксаутскпй О.Е.,Купряшкин З.Т.,Стрлльчгк И.В.,£го:;?г>стсз Л.п., Шаповалова И.П. Ног:г?з дакке о вр-^очтх

нкх состояний и эгР // Изв. АН ССС1\с,:р.-1<пз., 1 ГО,Т. 54, С.844- 845.

21. Олейпгас B.C., Купрявкин В.Т., Стрнльчук II.П. .-'•ооитпстов А.И., Шаповалова И.П. Измерение времен шгзя и?сокспогбугкеташх состояний г8А1//Пзв.ЛИ СССР,сер.физ.,19?0,Т.51- С.046-847.

?2. Купряшкин В.Т. »Стрпльчук И.В. .Феоктистов А.И. .Шаповалова Н.П. Времена кизпи уровней 35Го, оозбувдаеггцэ в (1М)-рзаЕЦЯи по тепловых нейтронах/Л "зв.АН СССР,сер.физ.1SS0,Т.54,С.2145-2148

23. КравецП.С., Купряпггага В.Т., Стрильчук.н.В., feoimtc-roa 4.И., Шаповалова И.П. Измерение времен шзшт воз(5г;"Л31га*.*х'состол*-';Я 58Fo в (ti.j) - реакции на тепловых нейтронах // lfc?;. АН ССЮР Сер.фпз.- 1990- Т.54- С.2126-2130. . . '

24. Коиутский D.E. .Купряшкин В.Т. .Стральчук Н.В. ,?со::тастол Л.П., Шаповалова И.П.- Исследование процессов тормопепяя ядер отдачи 33S в веществах сложного химического состава // Изо.РАН, сер. физ. -1992~T.56-.N5-C.46-49.

?5. Коиутский Ю.Е., Купряшкин В.Т. Стрнльчук Н.В.^-еоктпстоп А.Й. Шаповалова Н.П. Исследование процессов тор-лог'; т;я ядер отдачи 33S в PbS'// Тезисы докл. 37 Совещания по ядерной

- 40 -

спектр, и структ. атомного адра.-Л.-198Т-С.141.

26. Коваленко С.А., Кошутский ¡D.E., Купряшш В.Т. и др. Измерение уровней 5чСг в (п,т)-реакщт на тепловых нейтронах.// Изв. АН СССР. Сер. физ.-1991.-С.215&-2160.

27. Кондратьев В.И., Кравец Н.С., Куиряишн В.Т., Стрильчук Н.В., Феоктистов А.И., Шаповалова И.П. Исследование процессов торможения ядер отдачи в веществе при малых энергиях (< 1 кэВ) //Тезисы докл. Мездународного совещания по ядерной спектр, и стр.атомного ядра. -Л.- 1992-С.43,