Реферат Изомерные отношения в фотоядерных реакциях. Изомерные отношения в фотоядерных реакциях

• Название: Изомерные отношения в фотоядерных реакциях
• Дата: 15.04.2021
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: Реферат Изомерные отношения в фотоядерных реакциях.docx
• Тип: Документы; #195113
• страница: 3 из 4

можно выделить четыре основные энергетические области. Они обозначены цифрами I, II, III, IV на рис.1, схематически изображающем типичный вид в широкой области энергий фотонов от 0 до 1 ГэВ [3]. В области I энергия γ-кванта недостаточна для выбивания из ядра отдельных нуклонов или связанных систем из малого числа нуклонов ( < B_p,n). Поэтому фотон, поглощаемый ядром, способен возбуждать отдельные изолированные низколежащие ядерные уровни. Снятие такого возбуждения сопровождается излучением ядром одного или нескольких фотонов. Это явление носит название ядерной резонансной флуоресценции (ЯРФ).

В области II энергия поглощенного фотона уже достаточна для выбивания из ядра одного или нескольких нуклонов, а также систем из малого числа связанных нуклонов (дейтрона, α-частицы и др.). Для тяжелых ядер возможно также деление (фотоделение). Все эти процессы именуются фоторасщеплением. Наиболее характерной особенностью этой энергетической области является наличие высокоэнергичных коллективных ядерных возбуждений, проявляющихся в мощных и широких максимумах, называемых гигантскими резонансами.

Самый значительный из них обусловлен преимущественным поглощением электрических дипольных (Е1) фотонов, а потому называется гигантским дипольным резонансом (ГДР). Начиная примерно с энергии 10-15 МэВ в структуре сечения фотопоглощения наблюдается характерный широкий (Г≈5-12 МэВ) максимум, называемый гигантским дипольным резонансом (ГДР), относящийся к группе мультипольных ядерных резонансов, которым отвечают различные коллективные возбуждения в ядре. Образование гигантского дипольного резонанса практически полностью определяет вид сечения фотопоглощения в данной области энергий. Таким образом, взаимодействие фотона с ядром в диапазоне энергий от 10 до 30 МэВ осуществляется в основном за счет фотоядерных реакций с вылетом нуклонов, а также фотоделения в случае тяжелых ядер.

В области III, лежащей за максимумом ГДР и простирающейся вплоть до мезонного порога (135 МэВ), длина волны поглощаемого ядром фотона становится меньше радиуса ядра, и фотон преимущественно взаимодействует с системами из малого числа нуклонов, формирующимися внутри ядра. Ядерное фоторасщепление в этой энергетической области чаще всего начинается с расщепления этих связанных малонуклонных систем, главным образом квазидейтронов, и завершается испусканием ядром нескольких (до десяти) нейтронов.



Рис. 1: Схематическое представление сечения фотопоглощения фотонов атомными ядрами в области энергий фотонов до 1 ГэВ

А когда длина волны гамма-кванта становится достаточно мала, чтобы иметь возможность взаимодействовать с отдельным нуклоном (область IV), ядерные возбуждения сменяются возбуждениями внутринуклонных степеней свободы, оказывающими влияние на ядерные характеристики уже лишь опосредованно.

Из-за малой ширины изомерных уровней (при T_1/2 > 1 c и ΔE < 10 ^-14 эВ) они почти не возбуждаются в результате захвата гамма-кванта с энергией, равной энергии изомерного состояния, а заселяются при радиационных переходах с более высоко лежачих. Это могут быть и активационные уровни (реакции (γ,γ ^’)), и уровни, заселяемые после испарения нейтрона или заряженной частицы из составного ядра. При большом различии спинов этих уровней и изомерного состояния к последнему приводит каскад из нескольких γ-квантов.

Измеряя зависимость вероятности заселения изомера от энергии возбуждения, можно узнать, какие уровни участвуют в данном заселении и ряд их параметров: спины, четности, матричные элементы переходов на изомер, а также их статистические характеристики. Информацию о свойствах этих уровней обычно получают из сравнения измеренных вероятностей образования изомера с результатами теоритического расчета.

Еще один механизм заселения изомерного состояния - тот, в котором нейтроны или заряженные частицы испускаются до установления теплового равновесия в ядре. Это или прямые процессы, когда частица непосредственно выбивается из ядра гамма-квантом, или полупрямые, в которых частицы испускаются из состояний, образующихся на стадии установления теплового равновесия. В этих процессах вероятность заселения отдельных уровней конечного ядра зависит от их спектроскопических факторов, которые определяются обычно из реакций срыва нейтронов и протонов. Тогда распределение конечных ядер по угловому моменту и энергии возбуждения будет иным, чем в случае теплового равновесия, что изменит и вероятность заселения изомера. Как правило, вероятность уменьшается, поскольку конечное ядро оказывается при меньшей энергии возбуждения, откуда получается более короткий каскад гамма-квантов, заселяющих изомер.

Соотношение между двумя механизмами зависит от энергии гамма-кванта и типа выбранной реакции. К примеру, второй вероятнее в реакции (γ,p) и при больших энергиях гамма квантов.

Особенностью фотоядерных экспериментов является то, что основная масса результатов в них получена на пучках тормозного гамма-излучения электронных ускорителей. В таких экспериментах измеряется выход фотоядерных реакций ϒ(Eγ_max), связанный с ее сечением σ соотношением:



Итак, из фотоядерных экспериментов по возбуждению изомеров получают данные двух видов: выходы Υ и сечения σ. Из эксперимента получают изомерные отношения выходов:



Отсюда можно получить изомерные отношения сечений:



Здесь σ_m;σ_g;σ_tot и ϒ_m;ϒ_g;ϒ_tot выходы и сечения возбуждения изомерного m и основного g состояний, а также полные выходы и сечения реакций.

Получаемые в расчетах изомерные отношения зависят от выбранного механизма ФЯР. Для средних и тяжелых ядер и для энергии гамма-излучения ниже 30 МэВ преобладающими являются реакции с образованием составного ядра и установлением теплового равновесия в ядре. Полупрямые и прямые процессы вносят небольшой вклад.

Особенностью ФЯР является то, что в основном измеренные выходы реакций относятся не к определенной энергии возбуждения, а к интервалу энергий (от порога до граничной энергии тормозного излучения). Получение из этих данных сечений реакций при заданных энергиях является достаточно сложной процедурой и не всегда оказывается возможной. Поэтому часто ИО являются отношениями интегральных сечений или отношениями выходов реакций.

Сейчас наблюдается новый подъем интереса к исследованию реакций типа Еще более чем для 100 ядер есть возможность изучения сечений возбуждения изомерных состояний в реакции (γ, n). Вдобавок большая часть информации об изомерных отношениях нуждается в уточнении на новом экспериментальном уровне: на более интенсивных гамма-пучках новых ускорителей с использованием для регистрации наведенной гамма-активности более совершенной полупроводниковой гамма-спектрометрии и изотопически обогащенных мишеней.

В исследованиях возбуждения изомеров можно получить информацию для уточнения вида функции распределения плотности ядерных уровней, ее энергетической и спиновой составляющих, а также выяснения механизмов распада высоковозбужденных коллективных состояний. Дальнейший прогресс в понимании и описании механизмов фотовозбуждения изомерных состояний может быть достигнут в накоплении экспериментального материала, сопоставлении результатов, полученных в различных реакциях с фотонейтронными данными, комплексном анализе данных экспериментов, совершенствовании расчетов.