Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Правила отбора по четности имеют вид: Р<Р/ = ( — 1) для ЕГ-фотонов; (7.40) Р;Р/ = ( — !) + для М./-фотонов. Мультипольность перехода определяется спиначи и четностями начального и конечного уровней. Если спин одного из этих уровней равен нулю, то возможен переход лишь одного типа и мультипольности. На рис. 7.11 приведены примеры таких у-переходов. Если спины как начального, так и конечного состояний не равны нулю, то излучение будет состоять из нескольких мульти полей. Так, при переходе 23 Зб4 Глава 7.
Родиоокзливность Е2 М2 Я Е1 О' Рис. 7.11. Гамма-переходы различной мультипольности 1/2 — 3/2 излучение будет смесью Е2+ М1. Когда олин и тот же ядерный переход может реализоваться излучением фотонов различной мультипазьности, важно знать, как соотносятся вероятности их испускания. Испускаемые ядрами 7-кванты обычно имеют энергии Е от десятков кэВ до нескольких МэВ, т. е. их приведенные длины волн 7зс 2 ГО и Е Е (Мэв) (7.41) лежат в интервале от 1О здо 5 1О 'з ем и отношение радиуса ядра Е к при- веденной длине волны 7-кванта почти всегда много меньше единицы: Š— <<!. Л (7.42) ы+з зл(М.7) зл(Е.7) (7.43) (7.44) Формулы (7.43) и (7.44) дают самое общее представление о том, как меняется вероятность электромагнитного перехода в зависимости от типа и мультипольности излучения.
Для получения абсолютных значений этих скоростей нужно в каждом конкретном случае знать волновые функции начальных и конечных состояний атомных ядер. Эти волновые функции могут быть получены в рамках различных модельных представлений о ялре. Одной из таких моделей является одночастнчная модель оболочек, в которой предполагают, что поглощение (испускание) ядром фотона происходит при переходе только одного нуклона. В одночастичной модели можно получить волновые функции начального и конечного состояния ядра при таком переходе и тем самым рассчитать скорости самих переходов.
Благодаря этому здесь, как и в случае В-распада, срабатывает правило, по которому высшие мультиполи из-за наличия центробежного барьера всегда подавлены. и в основном происходят переходы минимальной мультипольности, допустимые законами сохранения момента и четности.
Более детальное рассмотрение показывает, что вероятности вылета (или поглощения) магнитных и электрических фотонов подчиняются следующим приближеннмм соотношениям 365 э 5. )аииа-излучение ядер Скорость переходов (с ') 10п 10 104 1О "х 0-з 20 30 50 100 200 300 500 1000 Е, кэВ Рие.7.12. Скорости протонных т-перехода (в е ') в зависимости от энергми т-квэитов различных мулыипольиостея Результаты одного из таких расчетов приведены на рис.
7.12, Расчет выполнен для ядра с А = 100 в предположении, что в 7-переходе участвует один протон. Результаты расчета хорошо иллюстрируют сделанные выше заключения о доминировании 7-переходов с наименьшей мультипольностью. Формулы (7.43), (7.44) и данные рис. 7.12 позволяют предсказать, какие фотоны будут доминировать при смешанных 7-переходах и как возбужденное ядро, испуская фотоны, будет переходить в основное состояние. Так, при переходе 1/2+ -ь 3/2 излучение будет смесью Е1+ М2. Однако переход М2 сильно запрешен (подавлен) по сравнению с Е1.
Поэтому излучение будет практически целиком электрическим дипольным. Рассмотрим в качестве примера 7-переходы в ядре изотопа ксенона '~~Хе. Схема нижних уровней этого изотопа показана на рис. 7.13. Эти уровни заселяются в результате )3-распада основного состояния ядра ф, имеющего характеристики 5~. При )3 -распаде ядро зз( преврашается в ядро 'з,,Хе. В основном состоянии ядро '~4Хе имеет характеристики Ое.
Поэтому распад на этот уровень является запрещенным )3-переходом 366 Глава 7. Радиоако2ивносвгь 2„2 =!2.4 ивов 5' !.95 МзВ ЛЛ 1.2 ! 2 0.54 2 0 114 Хе Рне. 7.13. !1- н 7-переходы в нзотопвх ",",! н "~',Хе 4-го порядка и практически не идет. Первый возбужденный уровень ядра '~~~Хе с энергией 0,54 МзВ и уровень с энергией 1,21 МэВ имеют характеристики 2 и 44 . Бета-распады на них также подавлены, хотя и не столь сильно, как на основной уровень. Распал на уровень, имеюший энергию 1,95 МэВ и характеристики 5+, является разрешенным. Ядро ',4Хе, оказавшись в результате !5 -распада !2ез! в состоянии 1,95 МэВ, может перейти в основное состояние очень большим числом способов, начиная от непосредственного перехола с испусканием 7-кванта М5 (показан пунктирам) и заканчивая различными каскадами, например, типа 5+ — 4 2 — 0 4 ЫЗ 4 Е2 Наиболее вероятным, однако, будет переход, сопровождаюшийся испусканием квантов л<инимально возможных мультипольностей.
Отскзла сразу получается, что наиболее вероятным будет каскад 7-переходов 5 — '- 4 — — 2 — 0 Е2 .~. Е2 .~. Е2 В первом переходе этого каскада участвуют также и М1-фотоны, Таким образом, ядро '~4Хс снимает возбужление путем ряда послеловательных (каскадных) 7-распалов, испуская согласно схеме на рис.7.13 7-кванты с энергиями 0,74, 0,67 и 0,54 МзВ. Если поместить препарат !2~421 в стеклянную ампулу, то )5-излучение будет полностью задерживаться стенками, а 7-излучение будет практически свободно выходить наружу.
Поэтому ампула с 221 является источником 7-излучения. 367 В 5. Гамма-идгученае ндер Эффект Мессбаузра Резонансное возбуждение атомных уровней фотонами от источника из того 7ке вещества легко наблюлается. Иначе обстоит дело а атомных ядрах. Это связано с тем, что естественная ширина Г ялернмт уровней мала по сравнению с энергией оглачи Е„ ядра-излучателя (источника) или ядра-поглотителя (мишени) Например, естественная ширина Г первого возбужденного уровня ядра Ре, расположенного при энергии воз- 77 буждения Е = 14,4 кэВ, равна й(т 0,7 ° 1О " эВ (время жизни г = 90 ис), тогда как при испускании и поглощении 7-квантов это ялро приобгмтает энергию отдачи ЕГ ш Езг(2Мсз) = 1,7 1О з эВ (М вЂ” масса илра тгре). Резонансное поглощение может иметь место только тогла, котла энергия отдачи ялра Е„меньше ширины ялсрного уровня.
Р Мсссбауэр, исследуя яввение резонансного поглощения 7-квантов в кристаллах, обнаружил, что число поглощенных Фотонов существенно увеличивается при понижении температуры Связано зто с тем, что при перехоле от своболных адар к ядрам, связанным в кристаллической р«щетке. импульс отдачи получает уже не отдельное ядро, а весь кристалл, а котором накопится ядро, испускающее 7-квант. С уменыпением температуры источника увеличивается относительное число ялеримх переходов с передачей импульса отлачи всему кристаллу. Условия лля этого тем благоприятнее, чем ниже температура кристалла н энергия перехпла ет, это явление получило название эффекта Мегсбяуэра. Чтобы наблюлать резпнансное поглощение мишенью из невозбужленных ядер 77 Ге 7-квантов.
испускаемых возбуклснными ядрами 77 Ге, нужно скомпенсировать энергию отлачи ядер, которая в сумме составляет 2Е„. Один из способов такой колгпенсапии состоит в том, что источник закреплякгт на движупгемся устройстве и полбирают его скорость так, чтобм равнина 2Е„компенсировалась за счет эффекта Доллара (левый рисунок) При изменении скорости в изменяется доплеровское смешение линии испускания относителыю линии поГлощения и в результате записывается контур линии, как показано на правом рисунке. Ширина ялернмх уровней столь мала, что источник нужно перемешать со скоростью.
составаяюшей всего лигпь десятые воли сантиметра в секунду. Ы(1,% Дагмоов , зВ Поглотитель Вй.б Благодаря эффекту Мбссбауэра стали возьгожными измерения спектров испускания. поглощеяия и резонансного рассеяния 7-квантов ннзколюкаших (Е ( 200 кэВ) ядернык уровней с разрешением порядка естественной ширины уровня Г. С помощью этого метода можно измерять энергию с относительной точностью ЕьЕ)Е - 10 "-10 По смешению линий мсссбаузроаскик спектров определяют молекулярную струкгуру химических соединений. изучают сверхтонкую структуру спектров, обусловленную электрическим квпврупольным и магнитным дипольимм моментьми ядер.
Уникальнме характеристики мессбауэровских спектров используются при анализе Физических и химических свойств тверлмх тел. Эффект Мессбаузра имеет многочисленные применения в медининс и биологии. Зб8 Глава 7. Радиоактивность хг с „=45 киса 2 и» 4»!л Времена жизни 7-радиоактивных ядер в среднем невелики. Обычно они имеют порядок не более 10 '-10 н с. В редких случаях при сочетании высокой степени запрета с малой энергией перехода могут наблюдаться 7-радиоактивные ядра с временами жизни макроскопического по- 5 рядка (до нескольких часов, а иногда и больше). Такие лолгоживушие возбужденные состояния ядер называются иэамсрами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
