= ЯДРА
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕАКЦИИ (n, n'j) ДЛЯ ИСКЛЮЧЕНИЯ УРОВНЕЙ ЯДЕР, ОШИБОЧНО ВВЕДЕННЫХ В ДРУГИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ. ОБ УРОВНЕ 3- В 56Fe
© 2004 г. А. М. Демидов, Л. И. Говор, В. А. Куркин*, И. В. Михайлов
Российский научный центр "Курчатовский институт", Москва Поступила в редакцию 16.07.2003 г.; после доработки 29.12.2003 г.
Реакция (n, n'j) проходит через стадию составного ядра, и поэтому сечение возбуждения, как правило, не зависит от природы уровня. Соответственно все возбужденные состояния должны проявляться Y-переходами (с учетом их внутренней конверсии). При сравнении схем уровней и 7-переходов, полученных при исследовании 7-излучения от неупругого рассеяния быстрых нейтронов реактора, со схемами, опубликованными в последних выпусках Nuclear Data Sheets, найдено, что 120 уровней в 34 ядрах должны быть исключены из адаптированных данных, так как не наблюдаются ожидаемые с них Y-переходы. Для примера рассмотрен случай с сомнительным первым уровнем 3^ в 56Fe при энергии 3076 кэВ. Сделан вывод, что такого уровня в 56Fe нет.
Для развития ядерных моделей необходимы полные и надежные экспериментальные данные о возбужденных состояниях ядер. При этом негативное влияние на результаты сравнения модельных расчетов с экспериментальными данными оказывают как неполнота последних, так и, особенно, ошибочно введенные уровни. Закрытие таких уровней при использовании большинства реакций в дальнейшем затруднительно, поскольку существует зависимость сечения возбуждения от природы уровня и его характеристик.
Особенностью реакции неупругого рассеяния быстрых нейтронов является ее прохождение, в основном, через стадию составного ядра на большом числе перекрывающихся резонансов. В результате сечения возбуждения уровней, как правило, перестают быть чувствительными к природе состояний, и для величины сечения остается только известная зависимость от энергии нейтронов, энергии уровня и его углового момента. Эта зависимость до энергий возбуждения МэВ хорошо описывается статистической моделью с использованием формализма Хаузера—Фешбаха— Молдауера [1, 2]. Таким образом, в этой реакции должны проявляться все уровни, если они действительно существуют. Эти возбужденные состояния высвечиваются 7-переходами с суммарной интенсивностью (с учетом электронной и парной кон-версий), соответствующей ожидаемым сечениям. Прямые процессы, вклад которых наблюдается для низколежащих коллективных состояний, приводят
E-mail: kurkin@polyn.kiae.su
только к некоторому увеличению сечения возбуждения.
В настоящей работе для получения заключения об отсутствии или существовании уровня мы воспользуемся результатами наших исследований реакции (п, п'7) с быстрыми нейтронами реактора на четно-четных ядрах.
Эксперименты проводились нами на пучках быстрых нейтронов водо-водяных реакторов типа ИР-8. Пучок нейтронов, выводимый из горизонтального канала, фильтровался 1 мм Cd, 10 мм В4С, 50 мм металлического урана и сменным фильтром 10 мм 10В [3]. Спектр полученного пучка быстрых нейтронов в первом приближении имеет экспоненциальную зависимость от энергии Ф(Еп) ~ ехр(-0.7Еп), где Еп - в МэВ. В этом случае для количественного описания выходов 7-квантов при высвечивании возбужденного уровня следует использовать понятие заселяемости уровня. Первичная заселяемость (без учета каскадной заселяемости 7-переходами с вышележащих состояний) Ря определяется выражением
Ря (теор.) = У а(Еп)Ф(Еп )йЕп,
где величина сечения возбуждения уровня а(Еп) рассчитывается в рамках статистической модели [1]. Средняя энергия нейтронов, возбуждающих уровень, при использовании спектра быстрых нейтронов реактора будет равна: Еп = Еур + +(^0.7 МэВ). Экспериментально величина Ря находится из соотношения
Ря(эксп.) = ^ Т1 (уход.) - ^ Т1 (приход.),
1908
PS, отн. ед. 102 г
о
101
100
10-
1000
56-
'Fe
о о
V о □
V
т
PS, отн. ед.
101
10°
10-
2000 3000
4000
5000 £уР, кэВ
148
Sm
i
dP
*
ta о
о *4
♦ CP
* ч
J п
+ 0+
д 1
1+
▲ 1-
О 2+
• 2-
V 3+
▼ 3-
□ 4+
■ 4-
* 5+
X 5-
О 6+
♦ 7-
сР
1000
2000
3000
Зависимость от энергии возбуждения заселяемостиуровней Ps для 56Fe и 148Sm.
т.е. как разница сумм интенсивностей уходящих с уровня и приходящих на него (из-за каскадного высвечивания вышележащих состояний) 7-переходов. Рассматриваются относительные величины Ps, при этом за 100 в четно-четных ядрах принимается полная (^ IY(уход.)) заселяе-мость первого уровня 2+. Сравнение Ps(эксп.) и PS(теор.) [3] показало, что процесс неупругого рассеяния быстрых нейтронов реакторного спектра в основном идет через составное ядро. С использованием относительных экспериментальных величин интенсивности 7-переходов IY для надежно установленных уровней может быть построена зависимость первичной заселяемости от энергии возбуждения для состояний с различными угловыми моментами. При расчете Ps учитывается схема высвечивания уровня, опубликованная в Nuclear Data Sheets (NDS), т.е. включаются малоинтенсивные и малоэнергичные переходы (с учетом их электронной конверсии), которые не проявились при исследовании реакции (n, n'y).
На рисунке приведена зависимость от энергии возбуждения заселяемости уровней Ps (эксп.) для 56Fe и 148 Sm. Зависимости PS(Еур) для уровней с J = 2 и 3 в четно-четных ядрах близки, для уровней с J = 1 и 4 величины Ps в 1.5 раза, а для Jn =
= 0+ в 2—3 раза меньше, чем для состояний с 1П = = 2+. Резкое уменьшение величин Ря наблюдается для уровней с 1 > 5. Полученные таким образом экспериментальные зависимости позволяют легко определить ожидаемое в эксперименте значение Ря (т.е. ожидаемую суммарную интенсивность 7-переходов) для любого предполагаемого уровня. Если схема уровней ядра ниже этого состояния хорошо известна, полна и спектр 7-лучей из реакции (п, п'7) измерен с высоким разрешением (например, с помощью германиевого детектора), то не представляет большого труда установить, присутствуют или нет в спектре 7-переходы с предполагаемого уровня на нижележащие состояния и соответствует ли их суммарная интенсивность ожидаемой величине Рв. Именно такой подход был использован нами при проверке правильности введения того или иного уровня.
Полученная экспериментальная зависимость Ря(Еур), очевидно, накладывает ограничение на размещение в схеме уровней интенсивных 7-переходов. В то же время для определенной энергии возбуждения и углового момента уровня эта зависимость дает нижний предел суммарной интенсивности переходов, которыми может разряжаться уровень. Отсутствие в спектре из (п, и)-реакции таких достаточно интенсивных 7-переходов, не
размещенных в рассматриваемой схеме уровней, означает полноту этой схемы до определенной энергии возбуждения и определенных угловых моментов состояний.
С использованием зависимости Ря от Еур и привлечением комбинаторики 7-переходов могут быть введены новые уровни, удовлетворяющие требованию к величине Ря, что делалось во многих наших ранее опубликованных работах. Привлечение данных по заселяемости уровней позволяет разобраться в сложных случаях, когда имеются два близко расположенных уровня, 7-переходы с которых не разрешаются в спектрах, измеренных с помощью германиевых детекторов. В рамках рассматриваемого метода исследования при наличии таких двух уровней с 1 = 1, 2, 3, 4 должна наблюдаться примерно удвоенная величина Ря. Типичным примером является случай двух уровней в 124Te с энергиями 2039.38(6) кэВ (1П = 2+) и 2039.30(3) кэВ (1П = 3+) и суммарной заселяемо-стью Ря = 6.33 отн. ед., тогда как для одиночного уровня ожидается Ря ~ 3 отн. ед. [4]. К сожалению, в NDS [5] игнорирован этот аргумент, и в схеме 124Те оставлен только один уровень, несмотря на то что в пользу двух уровней говорят дополнительно и другие факты.
В последние годы в реакции (п, п'7) на быстрых нейтронах реактора нами было обследовано более 50 четно-четных изотопов. В каждом из них были установлены схемы высвечивания уровней до энергии возбуждения 3-4 МэВ с нахождением их характеристик из измерений угловых распределений и линейных поляризаций 7-квантов. При этом схемы уровней и 7-переходов сравнивались с опубликованными в NDS. Противоречий в большинстве случаев не наблюдалось. Однако для некоторых уровней, включенных в схему в NDS, мы не нашли идущих с них 7-переходов или их суммарная интенсивность значительно меньше ожидаемой величины Ря (вне пределов флуктуаций Ря для данного 1п), причем это обстоятельство нельзя было объяснить ни внутренней электронной конверсией, ни возможным очень высоким угловым моментом уровня. В опубликованных статьях мы, как правило, указывали, что уровни, для которых не находятся (без причин) исходящие 7-переходы, должны быть исключены из схемы, но только некоторые авторы обзоров в NDS приняли во внимание эти замечания. Просматривая последние выпуски NDS и сравнивая приведенные в них схемы уровней с нашими результатами по исследованию реакции (п, п'7), мы пришли к выводу, что из схем уровней должны быть исключены уровни, перечисленные в табл. 1. (В процессе данного рассмотрения часто возникала необходимость анализа 7-спектра на предмет оценки верхней границы интенсивности
ненаблюдаемых 7-переходов.) Ниже приводится ряд комментариев к табл. 1.
1. Мы ограничились небольшими энергиями возбуждения до ^3 МэВ, когда интенсивность 7-переходов достаточно велика и соответственно малы погрешности измерений величин энергии и интенсивности, а схемы высвечивания не очень сложны.
2. В принципе рассматриваемый диапазон энергий возбуждения может быть расширен, если в работе, в которой введен уровень, указана схема его высвечивания. В этом случае проверка на соответствие суммарной интенсивности исходящих переходов ожидаемой величине Ря сильно облегчается.
3. При отсутствии данных об угловом моменте и четности уровня рассматривались возможные варианты этих характеристик. При этом предполагалось, что угловые моменты выше 1 = 7 не ожидаются в четно-четных сферических ядрах при малых энергиях возбуждения.
4. При принятии решения о закрытии уровня обращалось внимание на возможность существования переходов с энергиями ниже 100 кэВ, которые могут иметь бол
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.