научная статья по теме ИЗОМЕРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ В РЕАКЦИЯХ С γ-КВАНТАМИ И БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ НА ИЗОТОПАХ RE, IR И AU Физика

Текст научной статьи на тему «ИЗОМЕРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ В РЕАКЦИЯХ С γ-КВАНТАМИ И БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ НА ИЗОТОПАХ RE, IR И AU»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 7, с. 1251-1256

ЯДРА

ИЗОМЕРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ В РЕАКЦИЯХ С 7-КВАНТАМИ И БЫСТРЫМИ НЕЙТРОНАМИ НА ИЗОТОПАХ Re, ^ И Au

© 2004 г. Ю. П. Гангрский *, Н. Н. Колесников^, В. Г. Лукашик2), Л. М. Мельникова

Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия Поступила в редакцию 22.04.2003 г.

Измерены изомерные отношения в реакциях (7, п) и (п, 2п), приводящих к образованию нечетно-нечетных нуклидов 184Re, 1901г и 196Au. Измерения проводились активационным методом при облучении образцов Re, 1г и Au натурального изотопного состава нейтронами с энергией 14.7 МэВ и тормозным излучением с граничной энергией 22 МэВ. Идентификация образующихся в реакциях ядер в изомерном и основном состояниях производилась по спектрам их рентгеновского или 7-излучения и периоду полураспада. Проведены расчеты изомерных отношений на основе статистической модели, и из сравнения их с экспериментальными данными определены параметры, описывающие зависимость плотности уровней от энергии возбуждения и углового момента. Обсуждается влияние на эти параметры структуры ядра.

ВВЕДЕНИЕ

Определение зависимости плотностей уровней от энергии возбуждения и углового момента является одним из направлений исследований ядерной структуры. Эти зависимости служат важным источником информации о коллективных и одноча-стичных свойствах возбужденных ядер. Сравнение их с расчетами на основе различных моделей является основой для выбора параметров этих моделей и описания свойств возбужденных ядер.

Экспериментальные исследования таких зависимостей проводятся различными способами. Одним из наиболее эффективных является измерение отношений сечений или выходов реакций, приводящих к ядерным уровням с существенно разными угловыми моментами (обычно один из этих уровней является основным, а другой возбужденным). В заселении каждого из уровней участвуют разные системы возбужденных состояний, и вероятности их заселения позволяют судить о целом ряде свойств этих систем. Чувствительность измерений отношений сечений значительно повышается, если возбужденное состояние является изомерным, т.е. характеризуется достаточно продолжительным временем жизни (например, > 1 с). В этом случае можно разделить во времени процессы возбуждения ядер и измерения спектра радиоактивного излучения, испускаемого при его разрядке, и проводить измерения при значительно более низком

1)Московский государственный университет, Россия.

2)Институт космических исследований, Москва, Россия.

E-mail: gangr@jinr.ru

уровне фонового излучения. Это существенно расширяет возможности исследований, поэтому измерение сечений реакций с образованием изомеров или отношений сечений реакций, приводящих к изомерному и основному состояниям (изомерных отношений — ИО), является одним из основных направлений исследований плотности уровней возбужденных ядер. Большой объем данных по ИО в фотоядерных реакциях и возможности получения из этих данных новой информации о ядерной структуре представлены в обзорах [1, 2], а по реакциям (п, 2п) — в справочнике [3].

Целью настоящей работы является измерение ИО в реакциях (7, п) при энергии возбуждения в районе гигантского дипольного резонанса и реакциях (п, 2п) при энергии нейтронов 14.7 МэВ, приводящих к образованию нечетно-нечетных нуклидов 184Не, 190¡г и 196Ды, лежащих в переходной области между сферическими и деформированными ядрами. В этой области происходит изменение структуры нижних возбужденных состояний. Анализ ИО на основе статистической модели мог бы позволить судить об изменении свойств более высоколежащих уровней (вплоть до энергии связи нейтрона), которые определяют величину ИО — плотность уровней и ее зависимость от энергии возбуждения и углового момента.

Выбор указанных нуклидов обусловлен высокой плотностью уровней уже при сравнительно низких энергиях возбуждения, что позволяет использовать для их описания статистическую модель. Кроме того, в ядрах 1901г и 196Ды имеется по два изомерных состояния, что увеличивает объем информации об ИО. Реакции (7, п) и (п, 2п), приводящие

Таблица 1. Спектроскопические характеристики основных и изомерных состояний исследуемых нуклидов

Ядро г N /?2 Еи кэВ Г Нуклонная конфигурация Литература

184 Ие 75 109 0.21 0 3" 7г5/2 [402] + г/1/2 [510] [5]

105 8+ 7г5/2 [402] + г/11/2 [615]

190|г 77 113 0.17 0 4+ 7гЗ/2 [402] + г/11/2 [615] [6]

26 7+ 7гЗ/2 [402] + г/11/2 [615]

175 II- тг11/2 [552] + г/11/2 [615]

196ди 79 117 0.12 0 2" ттЗв1/2 + г/2/5/2 [7]

85 5+ тт2рЗ/2 + г/ШЗ/2

595 12" тгШ1/2 + г/ШЗ/2

к одним и тем же конечным ядрам, с близкими энергиями возбуждения хорошо дополняют друг друга (в первой реакции в ядро вносится угловой момент, равный 1Н при всех энергиях 7-квантов, а во второй средний угловой момент при энергии нейтронов 14.7 МэВ составляет ~ЬК).

Хотя для ряда реакций, приводящих к образованию указанных ядер, ИО известны (они приведены ниже при сравнении с нашими данными), однако они не позволяют получить полную картину ИО в исследуемой области ядер. Кроме того, они нередко имеют недостаточную точность или получены при различных условиях измерений выходов ядер в изомерных и основных состояниях. Выполненные в настоящей работе измерения ИО во всех случаях проводились в идентичных условиях, для определения выходов в разных реакциях использовались одни и те же 7-линии, что позволило повысить точность и надежность полученных результатов.

СВОЙСТВА ИЗУЧАЕМЫХ НУКЛИДОВ

Как уже отмечалось выше, исследуемые нуклиды расположены в переходной области между сферическими и деформированными ядрами; поэтому в них происходит резкое изменение свойств нижних возбужденных состояний. Одночастичные состояния 184 Re и 190к идентифицируются в схеме С. Нильссона для деформированного потенциала протонными орбитами 11/2 [505] и 3/2 [402] и нейтронными орбитами 11/2 [615], 9/2 [505] и 7/2 [503]. Эти орбиты и формируют спектр нижних возбужденных состояний. Наличие среди нихуров-ней с большими угловыми моментами приводит к появлению высокоспиновых изомеров. В ядре 196Au одночастичные состояния согласно схеме М. Майер для сферического потенциала имеют конфигурации: протонные — Л-п/2, ¿3/2 и з1/2 и нейтронные - ¿13/2, /5/2 и Р3/2.

В табл. 1 представлены спектроскопические характеристики основных и изомерных состояний исследуемых ядер: их энергии Е^, спины и четности .п, нуклонные конфигурации и параметры квадру-польной деформации @2 для основного состояния. Характеристики радиоактивного распада ядер в основном и изомерном состояниях, которые необходимы для их идентификации и определения выходов (периоды полураспада Т1/2, энергии 7-линий Е1, их доли на один акт распада Ц и полные коэффициенты внутренней конверсии а), представлены в табл. 2. В ряде изомерных состояний их разрядка осуществлялась радиационными переходами низкой энергии и высокой мультипольности, которые имели большие коэффициенты внутренней конверсии. В этих случаях интенсивность 7-излучения была очень низкой, и для определения выходов измерялись площади рентгеновских ¿-линий. Энергии Ех наиболее интенсивных из них (а1>2-линий, доля которых на распад составляет 84% [4]) также представлены в табл. 2. Приведенные в табл. 1 и 2 данные систематизированы в работах [5-7].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА

Измерения ИО в реакции (7, п) проводились на пучке тормозного излучения с граничной энергией 22 МэВ электронного ускорителя микротрона. В случае реакции (п, 2п) использовались нейтроны с энергией 14.7 МэВ, получаемые на нейтронном генераторе в реакции взаимодействия ускоренных дейтронов (их энергия составляла 120 кэВ) с три-тиевой мишенью.

В обеих реакциях применялись одни и те же мишени. Они представляли собой металлические фольги натурального изотопного состава толщиной 20 30 (к) и 50 мкм (Re) и имели форму дисков диаметром 15 мм. Облучение мишеней производилось в "близкой" геометрии, т.е. они располагались в непосредственной близости от тормозной

ИЗОМЕРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ В РЕАКЦИЯХ С 7-КВАНТАМИ 1253

Таблица 2. Характеристики радиоактивного распада исследуемых нуклидов

Ядро Г Т\/2 Способ распада Е7, КЭВ •7-у, % а Ех, кэВ Литература

184 Ие 3" 38 сут е 903 39 0.021 8.610 [5]

8+ 169 сут е 792 38 0.012

105 75 6.5

190|г 4+ 11.8 сут е 187 70 0.42 [6]

7+ 1.12ч И.п. 26.3 ю-6 106 9.117

II- 3.25 ч е 616 97 0.014

562 97 0.023

196ди 2" 6.18 сут /?",£ 357 88 0.041 [7]

5+ 8.2 с И.п. 64.6 4 х Ю-3 240 9.686

12~ 9.7 ч И.п. 148 43 0.32

188 32 0.23

Примечание. е — электронный захват, и.п. — изомерный переход.

мишени (вольфрамовый диск толщиной 3 мм) или тритиевой мишени (тритий, имплантированный в титан). Это позволяло использовать заметную долю потока тормозного излучения или нейтронов. Их интенсивности на облучаемой мишени составляли соответственно 1012 с-1 (в интервале энергий 7—22 МэВ) и 1010 с-1. Такие интенсивности позволяли получать достаточно высокие выходы исследуемых нуклидов даже при малых значениях ИО.

После облучения мишени переносились в защищенное от 7-излучения и нейтронов помещение, где проводились измерения их 7-спектров. Для этих измерений использовались HpGe-детектор объемом 200 см3, Ge(Li)-детектор объемом 60 см3 (их разрешение для 7-линий с Е1 = 1331 кэВ 60 Со составляло соответственно 2.0 и 2.2 кэВ) и кремниевый детектор толщиной 2 мм (его разрешение для рентгеновской линии 5^е с Ех = 5.4 кэВ составляло 0.340 кэВ). Выбор детектора для измерений определялся энергиями 7-линий в спектре. В случае короткоживущего изомера 196тДы (Т1/2 = 8.2 с) перенос облученной мишени к детектору осуществлялся с помощью пневмопочты (время переноса составляло 2 с).

Обработка измеренных 7-спектров проводилась с использованием программы, позволяющей разделять в сложном спектре близкие по энергии 7-линии. Зависимость эффективности е регистрации 7-квантов от их энергии для каждого из детекторов определялась с помощью набора калибровочных источников. Из анализа 7-спектров определялись площади 7-линий Б, принадлежащих

продуктам распада изучаемых ядер. Эти площади связаны с выходами ядер в основном или изомерном сост

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.

Показать целиком