ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 6, с. 854-858
УДК 539.163
УНИКАЛЬНЫЕ ДВАЖДЫ ЗАПРЕЩЕННЫЕ БЕТА-ПЕРЕХОДЫ.
РАСПАД 137CS
© 2007 г. В. О. Сергеев, Ф. Ф. Валиев
Иаучно-исследователъский институт физики Санкт-Петербургского государственного университета
E-mail: vserg@nuclpc1.phys.spbu.ru
Измерена интенсивность у-линии 283.4 кэВ в распаде 137Cs, по которой определена вероятность уникального Р-перехода второго запрета типа 7/2+ ^ 1/2+, которая составляет (8.7 ± 2.0) ■ 10-4% от числа распадов, что соответствует значению lg ft = 16.45 ± 0.12. Приведена оценка интенсивности возможного E5 у-перехода 378.3 кэВ (< 0.9 ■ 10-4%). Обсуждается методика определения значений lg f 2н t в рамках расчетов тензорных матричных элементов в декартовой и сферической системах координат. Оценена возможная интенсивность уникального Р-перехода второго запрета между основными состояниями 129I и 129Хе: /р ~ 0.1% от числа распадов 129I.
Согласно таблицам изотопов [1] и справочному изданию [2] уникальные дважды запрещенные Р-переходы (А/ = 3, четность не меняется) известны в распаде девяти радионуклидов, причем в случаях распада 26А1 и 13^а наблюдались два перехода такого типа. Исследование уникальных запрещенных ^-переходов, в том числе и дважды запрещенных, представляет особый интерес, так как форма их спектров и полная вероятность переходов определяются лишь одним ядерным матричным элементом (отсюда и термин "уникальные"), что облегчает сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами.
В настоящей работе проведено измерение интенсивности уникального ^-перехода второго запрета при распаде 13^, одного из самых слабых переходов такого типа. Как и в [3], интенсивность этого перехода определялась по интенсивности у-перехода 283.4 кэВ в дочернем ядре 137Ва, но был использован другой экспериментальный метод. Отметим, что необходимо рассматривать заселение уровня 283.4 кэВ не только путем ^-перехода, но и каскадным у-переходом 378.3 кэВ с уровня 661.66 кэВ, поэтому в задачу настоящей работы входило также определение интенсивности (или ее оценки) перехода 378.3 кэВ, так как, судя по предварительной оценке, приведенной в [3], оба перехода могут иметь сравнимую интенсивность.
Отдельный раздел работы посвящен методике определения значений ^ А дважды запрещенных уникальных ^-переходов.
Обсуждается также возможность обнаружения уникального дважды запрещенного ^-перехода при распаде 1291(7/2+ ^ 1/2+), аналогичного рассматриваемому ^-переходу в распаде 13^.
ЭКСПЕРИМЕНТ
В работе использовался Ge(Li)-детектор с чувствительным объемом 80 см3 и с разрешающей способностью 2.55 кэВ при Еу = 344.3 кэВ и 2.70 кэВ при Еу = 661.6 кэВ. Геометрия опыта была выбрана таким образом, чтобы максимально уменьшить уровень комптоновского фона от рассеянных у-лу-чей, в том числе и от внешнего окружения. В качестве контрольного параметра выбрано отношение интенсивности комптоновского фона в области искомой линии к высоте фотопика 661.6 кэВ. Данное отношение уменьшается по мере удаления источника от детектора, при этом условия наблюдения искомой линии улучшаются. Было установлено, что при удалении источника от 2 до 10 см значения этого параметра меняются сравнительно мало (примерно на 10%), поэтому с целью повышения скорости счета было выбрано расстояние 2.0 см. В экспериментах использован точечный источник активностью 200 кБк. Так как измерения проводились в течение длительного времени (общая экспозиция составила 1000 ч, т.е. 3.6 ■ 106 с), особое внимание уделялось проверке стабильности усилительного тракта. Для этого перед началом каждой серии эксперимента и после нее измерялся спектр у-лучей 152Еи. Смещение калибровочных линий во время всего эксперимента не превышало одного канала (0.8 кэВ), поэтому в итоге форма измеренной линии 283.4 кэВ оказалась близкой к стандартной. Для калибровки спектрометра по энергии использовались у-линии 152Еи, а также фоновые линии 295.22 и 351.99 кэВ (в цепи распада 22^п), которые присутствовали в изучавшемся спектре. Отметим, что, несмотря на длительность экспозиций, форма этих линий также была близка к стандартной. Препарат 152Еи использован и для определения зависимости эффективности регистрации у-лучей от энергии.
УНИКАЛЬНЫЕ ДВАЖДЫ ЗАПРЕЩЕННЫЕ БЕТА-ПЕРЕХОДЫ. РАСПАД 137Сэ
855
Измерения фонового у-спектра, выполненные в течение достаточно длительного времени, показали отсутствие у-линии в области Еу= 275-290 кэВ. Каталог у-лучей, изданный Центром ядерных данных, подтверждает этот вывод. Из статистического разброса импульсов фонового спектра следует, что если и существует в этой области некая фоновая линия, то ее интенсивность на порядок меньше наблюдавшейся линии 283.4 кэВ.
Измеренный спектр у-лучей с указанием расположения у-линий 283 и 378 кэВ показан на рис. 1. Участок спектра у-лучей с линией 283.4 кэВ приведен на рис. 2а, а на рис. 26 эта линия показана при вычтенном фоне. Несмотря на то, что уровень фона велик, плавный его вид, который был аппроксимирован квадратичной функцией, и достаточно большое число набранных импульсов позволили определить интенсивность слабой линии 283.4 кэВ с погрешностью 20%. Отметим, что за одно и то же время экспозиции в наших измерениях получено число отсчетов на максимуме линии на порядок большее, чем в [3], в которой применялась система подавления комптоновского фона и использовался на порядок более интенсивный источник 13<^.
При распаде уровень 283.4 кэВ, 1/2+ в 137Ва может заселяться также Е5 у-переходом 378.3 кэВ с уровня 661.66 кэВ, 11/2-, поэтому для того, чтобы определить интенсивность заселения уровня 283.4 кэВ непосредственно при Р-распаде, необходимо учесть интенсивность этого перехода. В результате анализа участка спектра у-лучей в области 378 кэВ, измеренного с экспозицией 1000 ч, был сделан вывод, что интенсивность возможного у-перехода 378.3 кэВ на порядок меньше интенсивности у-перехода 283.4 кэВ, т.е. /у(378.3 кэВ) < 0.9 • • 10-4%.
Полученные нами данные о у-переходе 283.4 кэВ и оценка интенсивности возможного у-пе-рехода 378.3 кэВ, а также данные [3] и данные, указанные в частном сообщении [4], приведены в таблице.
Значение энергии первого возбужденного уровня 137Ва также определено при изучении реакции 136Ва (п, у)137Ва : Еу = 283.39 ± 0.07 кэВ [5].
Отметим, что, согласно экспериментальным данным [3], полная интенсивность у-перехода 378.3 кэВ (с учетом коэффициента конверсии аполн = 0.895 [6]) может быть равна и быть даже больше интенсивности у-перехода 283.4 кэВ, и тогда вопрос об интенсивности Р-перехода на уровень 283.4 кэВ остается открытым. По нашей оценке интенсивность возможного Е5-перехода 378.3 кэВ гораздо меньше (см. таблицу).
Из полученной нами оценки интенсивности Е5-перехода 378.3 кэВ следует, что этот переход ускорен почти в 5 раз по сравнению с одночастич-ным значением. Отметим, что другие известные
Iy, 104 7 6 5 4 3 2 1 0
у 661.6 х 5
Y283 y 378
300 400 500 600 700
Рис. 1. Спектр Y-лучей 137 Cs.
800
900
N
IY, 10-6
17.1 17.0 16.9
a
Y 283.4
iy, 103
un
Y
24 16 8 0
Y 283.4
340 350 360 340 350 360
N
Рис. 2. Участок спектра Y-лучей 137Cs с Y-линией 283.4 кэВ (а) и та же линия при вычтенном фоне (•). Время экспозиции 3.6 • 106 с.
Е5-переходы в п^п, 125Те и 207РЪ в среднем ускорены в 2 раза. Если и в 137Ва Е5-переход ускорен в 2 раза, то его у-интенсивность составит ~4 • 10-5% от числа распадов 137^, а его полная интенсивность при величине полного коэффициента конверсии а = 0.895 [6] составит ~8 • 10-5%. В расчетах интенсивности у-перехода 378.3 кэВ в распаде 13^
Данные о у-переходе 283.4 кэВ и об интенсивности возможного у-перехода 378.3 кэВ в распаде 137С8
Ey , кэВ Iy, 10 -4%
Y 283.4 Y 378.3
Данные настоящей 283.4 ± 0.2 9 ± 2 <0.9
работы
I. Bikit et al. [3] 283.4 5.3 ± 1.4 <3.4
E. Wagner et al. [4] 283.53 ± 0.04 6.8 ± 1.0 -
856
СЕРГЕЕВ, ВАЛИЕВ
7/2+-
30.07 лет
Р- 892 кэВ, 8.7 ■ 10 lg/2унí = 16.
4%
Р-94.4% ^^ = 9.62 [8.54] (7378.3 Е5)
[13.4]
-661.66 11/2- 2.55 мин.
7661.66 М4
\ \ 7283.4 I
+
Р- 1175 кэВ, 5.6% = 12.Д
283.4 1/2+
3/2+
Рис. 3. Схема распада 137С$. В квадратных скобках указаны значения ^/I, рассчитанные по ранее применявшейся методике [7], в которой для вычисления матричных элементов Р-переходов использована декартова система координат.
по одночастичной модели использовалось значение Т1/2 = 2.552 мин уровня 661.66 кэВ и значение полного коэффициента внутренней конверсии М4-перехода с этого уровня аполн = 0.981 [6].
Учет эффекта внутренней конверсии М1-пере-хода 283.4 кэВ (переход происходит между состояниями 1/2+ и 3/2+) приведет к повышению величины заселения при Р-распаде на 5.6%, так как полный коэффициент конверсии этого у-перехода а = = 0.056 [6].
Таким образом, с учетом указанных выше эффектов интенсивность уникального Р-перехода второго запрещения в распаде 13^, по нашим данным, составляет /р = (8.7 ± 2.0) ■ 10-4% и соответствует значению ^ /2t = 16.45 ± 0.12. Размещение
у-перехода 283.4 кэВ в схеме распада 13^ показано на рис. 3.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИИ ^/ ДЛЯ УНИКАЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ ВТОРОГО ЗАПРЕТА
По измеренной интенсивности Р-перехода с использованием известного значения периода полураспада можно вычислить величину ^ /ун t для этого перехода, при этом необходимо знать соответствующее значениые функции /2н. Однако если следовать принятой в настоящее время методике, в которой декартовые тензорные компоненты матричных элементов заменены сферическими тензорными компонентами, возникают трудности, связанные с отсутствием таблиц значений функции /2н, вычисленных этим способом. Такие трудности отсутствуют, если использовать прежнюю методику, в рамках которой такие таблицы [7]
имеются. Согласно этой методике, сначала определяется значение функции / для разрешенного перехода, а затем для получения значения функции /ун это число умножается на указанный в таблицах коэффициент Сп. Отметим, что значения этих коэффициентов были ранее приведены в [8]. Кроме того, величины Сп могли быть вычислены по формулам работы [9]. Но, так как в современных справочниках, напри
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.