ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 5, с. 899-905
ЯДРА
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СОСТОЯНИИ
И В (7,п)- И (а, 2п)-РЕАКЦИЯХ
© 2004 г. В. А. Желтоножский1), В. М. Мазур2), З. М. Биган2)
Поступила в редакцию 28.11.2002 г.; после доработки 19.06.2003 г.
Впервые измерены изомерные отношения выходов 197т,дPt и 197т,дHg в (7, п)-реакции в диапазоне энергий 8—17 МэВ. Измерены изомерные отношения ат/ад в (й, 2п)-реакции для 197т,дHg в области энергий 8—50 МэВ. Проведено сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами. Показано влияние структуры низколежащих состояний и ираст-линии на поведение ат/ад.
Ядра с А ~ 190, к которым принадлежат изотопы платины и ртути, расположены между сильно-деформированными ядрами редкоземельных элементов и областью сферических ядер в окрестности А = 208. Анализируя совокупность данных по спектрам низкоэнергетичных возбуждений, можно отметить сложный характер изменения формы рассматриваемых ядер. Для изотопов платины квадрупольный момент меняет знак, и, хотя по величине он в 2—2.5 раза меньше, чем для нуклидов редкоземельной области (т.е. форма ядер платины близка к сферической), это указывает на переход к сплющенной форме деформации [1]. Сплющенная форма, по-видимому, сохраняется и у изотопов ртути. Спектр низкоэнергетичных возбуждений этих ядер в значительной степени формируется одночастичными (дырочными) состояниями 3р1/2, 2/5/2, 3р3/2, Ш3/2. Последнее состояние и определяет наличие изомерного уровня с .1Ж = = 13/2+. Изучение процессов заселения метаста-бильных состояний, энергетической зависимости изомерных отношений для названных изотопов может пролить дополнительный свет на непростую природу ядер этой области масс.
Несмотря на то что возбуждение гигантского дипольного резонанса (ГДР) изучалось систематически для широкого круга ядер [2, 3], его характеристики для изотопов платины и ртути остаются недостаточно исследованными.
Систематических исследований распада гигантского Е1-резонанса по (7, п)-каналу с возбуждением изомерных состояний для ядер 197Pt и 197Ь^ не проводилось. В настоящее время имеется всего несколько работ по измерению изомерных отношений выходов й = Ут/Уд (т.е. отношения выхода
'-'Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев; E-mail: zhelton@kinr.kiev.ua
2)Институт электронной физики НАН Украины, Ужгород.
возбуждения изомерного уровня Ут к основному Уд) в реакции (7, п)т в одной энергетической точке при максимальной энергии тормозного спектра £>тах = 30 МэВ [4, 5], выполненных на мишенях естественного изотопного состава.
Результаты исследований изомерных отношений сечений ат/ад для ядра 197^ в реакциях под воздействием различных частиц наиболее полно представлены в работе [6]. Особенно детально в этой работе исследовались изомерные отношения в (й, 2п)-реакции при энергиях 7— 20 МэВ. Измерения в [6] были выполнены на Ыа1(Т1)-спектрометре, поэтому выделить вклад Кх-излучения Ли (ЕКв1/ = 78 кэВ), ^ (ЕКв1/ = = 80 кэВ) и 7-перехода с энергией 77 кэВ очень сложно. Нами проведены измерения ат/ад в (й, 2п)-реакции как в области энергий, где такие измерения уже проводились, так и в более высокой энергетической области. Реакция (7, п) исследована на ядрах 197^ и 197Pt в диапазоне 8—17 МэВ.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Измерение величин ат/ад в (й, 2п) -реакции для 197т'дЬ^ проводилось на циклотроне У-240 ИЯИ НАН Украины. Энергию дейтронов изменяли с помощью алюминиевых фольг. Измерения были выполнены на полупроводниковом спектрометре с Ое-детектором объемом 100 см3 и разрешением 1.1 кэВ на 7 412 кэВ. Облучались фольги из естественного Ли толщиной 50 мг/см2. Выход активности 197т,д^ определялся по Ка-излучению Ли и ^ и 7-переходам с энергией 77 и 134 кэВ (см. рис. 1). Расчет величин ат/ад проводился с помощью выражений, описанных ниже. Полученные данные представлены в табл. 1 и на рис. 2.
Исследование реакций 198Р^7, п)197т'д Pt и 198^(7, п)197^ проводилось нами на пучке
13/2+ -ч" 399.5
5/2-
1/2-
^ 53.1
178Pt
95 мин
18 ч
+ ^ 13/2+ о- 299.0
5/2- ^ 134.0
1/2- 0
24 ч
64 ч
-У
81 + \ 1/2+ 77.4/ 93 +
3/2+
0
179Аи
Рис. 1. Схема распада изобар 197Р1 и 197^(энергииуровней даны в кэВ).
тормозных 7-квантов микротрона М-30 Института электронной физики НАН Украины. Выходы реакций были измерены в интервале энергий 8— 17 МэВ. При этом порог реакции п) для изотопа 198Р1 составляет 7.8 МэВ, а для 198^ - 8.3 МэВ. В качестве мишеней были использованы образцы естественной ртути (HgO) весом 4 г, запрессованные в тонкостенные капроновые контейнеры диаметром 30 мм, и пластинки металлической платины размером 20 х 20 мм и толщиной 0.5 мм. Наведенная активность облученных образцов измерялась на полупроводниковом спектрометре с детектором объемом 100 см3. Более подробно процедура измерений описана в работе [7].
Образующиеся в реакциях п) и 2п) ядра 197Р1 и 197^ нестабильны. Схемы их распада и квантовые характеристики приведены на рис. 1 [8, 9]. В обоих случаях в результате распада заселяется изотоп 197 Ли. Поскольку основные состояния исследуемых изотопов нестабильны, то для вычисления изомерного отношения выходов использовалась формула[10]
d — Ут/Уд — (1)
Таблица 1. Изомерные отношения &т/&д ^, 2п)-реакции для í'97m,gHg
Ад - Ат
Еа, МэВ 0"т/0"3 Еа, МэВ 0"т/0"3
8.0 0.40(4) 35.0 1.61(16)
13.0 0.60(6) 39.3 1.59(16)
15.7 0.74(7) 44.9 0.85(8)
25.0 0.53(5) 50.0 0.73(7)
30.6 1.06(10)
N \ \ х
С-Гр - (Лд - \т) - р\,
^т фд
Ат ¡д (¿)
+ рАд
где
¡т,д = [1 - ехр( Ат,д¿обл)]ехр(-А,
х [1 - ехР(-
фт,д — Ст,д кт,д ат,д
т,д tохл
)х
Примечание. Точность определения энергии ДЕл га 0.3 МэВ.
Здесь (т,д — фотоэффективность детектора при регистрации 7-линий от распада соответственно изомерного (т) и основного (д) состояний; кт,д — поправки на самопоглощение соответствующих линий; ат,д — интенсивность 7-линий, ответственных за распад изомерного и основного состояний; Ат,д — постоянные распада изомерного и основного состояний; Мт,д — количество импульсов в соответствующих фотопиках; 1обл^охл,íизм — время облучения, охлаждения и измерения; с — поправка на просчеты и наложения импульсов; р — коэффициент ветвления.
Измеренные экспериментально изомерные отношения выходов, d — Ут/Уд, приведены на рис. 3 и в табл. 2. Относительная статистическая погрешность при энергиях Е^ах — 9—10 МэВ составляла 1—2%, при энергии 16 МэВ — 0.2%. С учетом точности измерения эффективности полупроводникового спектрометра ошибка в определении d для п)-реакции не превышает 5%.
ОБСУЖДЕНИЕ
Из данных по выходу изомеров вблизи порога установлено, что порог реакции 198Р1(7, п)197т'дР1; составляет 8.90 ± 0.15 МэВ, что на 0.9 МэВ превышает энергетический порог реакции п)т для
0
в
Еф МэВ
Рис. 2. Зависимость ат/аа для (в, 2п)-реакции на 197Аи. Кривые — результаты расчетов по: STAPRE (/), КИМ (2), $ТАРКЕ с предравновесием (3). Точки — экспериментальные данные: ■ — настоящая работа, о — [6].
Е*, Е^, МэВ
Рис. 3. Зависимость изомерных отношений выходов (-у,п)-реакций для 197Р1 (■) и 197Hg (о) от энергии возбуждения остаточного ядра Е* (а) и максимальной энергии тормозного 7-спектра Е™х (б).
этого ядра 7.6 ± 0.4 МэВ. Соответственно порог реакции 198^ (7, п)197т^ составляет 9.70 ± ± 0.15 МэВ, что на 1.1 МэВ превышает расчетную энергию порога реакции (7, п)т [11].
Наличие столь значительного порога заселения метастабильного состояния обусловлено относительно большой разностью спинов Д.1 основного состояния материнского ядра и изомерного уровня ядра-продукта. Для заселения метастабильного состояния каскадом 7-квантов необходимо мини-
мум пять дипольных переходов или наличие быстрых, с энергией МэВ, нейтронов, способных обеспечить изменение углового момента дочернего ядра.
Выше порога (7, п)т-реакции изомерное отношение выходов резко возрастает и в области 16— 17 МэВ обнаруживает тенденцию выхода на плато, достигая заметной величины й = 0.171 ± 0.010 для ядра 197Р1 и й = 0.104 ± 0.006 для 197^ при £шах = 16 МэВ.
Таблица 2. Изомерные отношения выходов (Y, п)-реакции для 197m>gPt и 197m,gHg
Е7, МЭВ d Ym/Yg
197m,gpj- 197m,g Hg
9.5 0.007 —
10.0 0.014 0.003
10.5 0.023 0.008
11.0 0.03 0.016
11.5 0.043 0.023
12.0 0.059 0.032
12.5 0.069 0.041
13.0 0.085 0.052
13.5 0.101 0.068
14.0 0.119 0.079
14.5 0.137 0.088
15.0 0.151 0.093
15.5 0.162 0.099
16.0 0.171 0.104
16.5 0.176 0.109
17.0 0.182 0.112
На рис. 4 точками приведены сечения ат возбуждения изомерных состояний в реакциях 198Р1(7,п)197тР1 и 198^(7,п)197Hg. Расчет сечений из выходов проводился методом обратной матрицы Пенфольда—Лисса [12, 13] с шагом АЕ — 1 МэВ. Сплошными кривыми на рис. 4 приведены результаты аппроксимации сечений ат лоренцевыми кривыми:
асЕ2Г0
Pm(E) =
(E2 - Е02)2 + Е2Г0
Из образовавшегося составного ядра со спин-четностью (Jc, nc) вылетает нейтрон с угловым моментом l и энергией е, а ядро переходит в состояние со спин-четностью (Jf ,nf).
Приведенная вероятность испускания компаунд-ядром такого нейтрона вычисляется по формуле
P (Jc, Пс; Jf ,nf ) = (2)
Jf +s Jc+S
= Bp(Jf) ^ Ti(e)ui(nc,nf),
S=\Jf-s\l=\Jc-S\
где B — константа; s — спин вылетающей частицы; Tl(e) — коэффициент проницаемости барьера [16]; u(пс, пf) = [1 + (-1)lncnf]/2 - коэффициент, учитывающий четность состояний. В качестве энергии нейтрона е бралась его средняя энергия en .Для плотности уровней использовалось соотношение из модели ферми-газа [17-19]:
p(U,J)= p(U )p(J)= (3)
= p(U )exp[-(J + 1/2)2/2а2],
где p(U) и p( J) — энергетическая и спиновая части формулы плотности уровней; а — параметр ограничения по спину, который согласно [18] можно вычислить по формуле а2 = (здесь a — параметр плотности уровней; A — массовое число; U — энергия возбуждения, под которой понимается эффективная энергия возбуждения
[14]).
Возбуждение образовавшегося дочернего ядра со спин-четностью (Jf,nf) снимается каскадом дипольных y-переходов, последний из которых и заселяет либо изомерное, либо основное состояние. При этом средняя энергия перехода равна:
Е = Ал/Ufa-а/а2.
(4)
Параметры аппроксимации: а0 — сечение в максимуме, Е0 — энергия максимума и Го — по
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.