Б.С. Ишханов, И.М. Капитонов, Н.П. Юдин - Частицы и атомные ядра (1120562), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Характерным примером изомера может служить изотоп индив 0335 '„"1п (рис,7.14). Основное состояние '»~~1п имеет характеристики 9/2+. ПерЛГ4 вый возбужденный уровень имеет небольшую энергию, равную 335 кэВ, и характеристики 1/2 . Поэтому пе- 0 реход между этими состояниями происходит лишь посредством испускания М4 магнитного 7-кванта. Этот Рве.7.14. Изомерный 7-переход переход настолько сильно запрещен, в ядре , !и о5 что период полураспада возбужденного уровня оказывается равным 4,5 часа. Можно предсказать, в каких областях значений А и л следует ожидать появления изомерных состояний. Из соотношений (7.43), (7.44) следует, что изомерный уровень должен, во-первых, иметь спин, сильно отличающийся от спинов уровней, лежа!них ниже по энергии, и, вовторых, иметь низкую энергию возбуждения.
Поэтому изомерные состояния следует ожидать там, где оболочечные уровни, близкие друг лругу по энергии, сильно различаются значениями спинов. Именно в этих областях и нахолятся так называемые «острова изомерии». Так, наличие изомера у приведенного выше изотопа '„",!и обусловлено тем, что в нек1 не хватает одного протона ло замкнутой оболочки У = 50), т.
е. имеется одна протонная «дырка». В основном состоянии эта дырка в подоболочке 19»дн а в возбужденном — в подоболочке 1рц». Такая ситуация типична. Острова изомерии расположены непосредственно перед магическими числами 50, 82 и !2б со стороны меньших л и 1т'. Так, изомерные состояния наблюдаются в ядрах зги (7т' = 49), '~~,Те (1т' = 79, близко к 82), '~хаН8 (В = 80, близко к 82) и т.д.
Отметим, что, наряду с рассмотренными, существуют и другие причины появления изомерных состояний. Ядро, находящееся в возбужденном состоянии, может перейти в основное состояние не только путем испускания Т-кванта, но и посредством передачи энергии возбуждения одному из электронов атомной оболочки.
Такой процесс носит название инутренней каниерсоо и фотон, участвующий в нем, является виртуальным (рис.7.15), Внутренняя конверсия— процесс, конкурирующий с 7-излучением. В процессе внутренней конверсии испускается электрон, энергия которого Е, равна энергии Е ядерного возбуждения, уменьшенной на энер- ф б.
Испусноние протонов из изолгерного состояния Зб9 гию е связи электрона в атомной оболочке (отдачей ядра пренебрежем); Е„= Š— е. (7.45) Моноэнергетичность вылетающих при внутренней конверсии электронов позволяет отличить их от 77-распалных электронов, спектр которых непрерывен. ядра Помимо конверсионных электронов, при внутренней конверсии можно наблюдать еше и рентгеновские кванты, возникающие при переходе одного из наружных электронов на уровень К- жленный вылетевшим из атома электроном. Роль виртуальных квантов особенна ярко емых О-О-переходах.
Явление О-О-перехода воз основной и первый возбужденный уровни ядра имеют спин О. Такая ситуация имеет место, например, в ядре !~бе, у которого основной и первый возбужленный уровни имеют характеристики О+ (рис,7.!б). Если ядро оказывается в первом возбужденном состоянии, оно не может перейти в основное состояние путем испускания 7-кванта, так как реального фотона ЕО с нулевым моментом не сушествует. Но оказывается, что виртуальный ЕО-квант с нулевым моментом и положитель- О ной четиостью может существовать.
И этот квант действительно обеспечивает снятие возбухагения ядра путем внутренней конверсии. Такая конверсия и называется О-О-переходом. Ый Рие.7.!5. Диаграмма механизма внутренней конверсии нли Е-оболочки, освобо- к называае, когда проявляется в та никает в том случ ь75 'Се 37 Рие. 7.!б. Переход из первого возбужденного состояния ядра ',Се в основное возможен лишь за счет внутренней конверсии 56.
Испусквние протонов из изомерного состояния Испускание протонов из изомернога состояния впервые было обнаружено на ядре мСо. Изотоп 'зСо образовывался в реакции мГе(р, 2п)'зСо 370 Глава 7. Родиоаклгивнослгь ! !.49 МзВ !9/2 <О Рис. 7.!7. Протонная радиоактивность изомерного состояния тз'"Со. Энергии всех уровней отсчитываются от основного состояния "Ре. Изомерное состояние ""'Со в этой шкале имеет энергию ! 1,49 МзВ путем бомбарлировки изотопа заре протонами, ускоренными до 53 МэВ.
Была обнару!кена протонная ралиоактивность с периодом полураспада 243 ~ 15 мс и энергией протонов 1,59 ~ 0,03 МэВ. Отсутствие совпадений между протонами и позитронами исключало возможность испускания запаздывающих протонов (о запаздываюших протонах далее в б 8). Испускание протонов происходило из изомерного состояния ядра ы Со с энергией возбуждения 3,19 МэВ с образованием конечного ядра ззГе н основном состоянии (рис, 7.17).
Основной вид распада изомерного состояния — ф+-распад. Это происходит потому, что )3+-распад ядра ззмСо — сверхразрешенный, так как образующееся в результате 13'-распада ядро "Ге является зеркальным» по отношению к ИСо. Зеркальными называются два ядра, переходящие друг в друга при замене всех протонов на нейтроны и всех нейтронов на протоны. С точки зрения изоспиновой симметрии такие два ядра имеют одинаковое внутреннее строение и ф-распад одного ядра в другое практически не требует внутриядерной перестройки и поэтому является сверхразрешенным, т.е.
илушим с максимально большой скоростью (минимальным временем жизни). Золя распадов с испусканием протонов составляла около 1,5%, что соответствовало парциальному периоду полураспада около 16 с. Если бы не было кулоновского и пентробежного барьеров, период полураспада уменьшился бы до 10 ь с. $7. Протонная радиоактивность Испускание протонов из основного состояния ядра впервые наблюдалось в ядрах !4ттпз и 'з'1щ Анализ величин масс протоноизбыточных атомных ядер, расположенных вдали от устойчивых ядер, позволяет указать область масс ядер, в которой можно ожидать непускание протонов Э 8. Иепускание запаздмватабнх протонов 37! из основного состояния ядра.
Для экспериментального наблюдения этого явления было исследовано большое число изотопов„ расположенных вблизи границы с нулевой энергией отделения протона (Вр —— О). С этой целью различные стабильные изотопы от эрбия (Я = б8) до висмута (Я = 83) облучались ускоренными ионами бв!в1! и ввМо. В реакции, идушей с образованием составного ядра и'Н( вв ° вб !54 и) за~в + мйц ~ цнг ~ п1ц +Р+ 2п, в энергетическом спектре вылетаюших частиц была обнаружена монохроматическая линия с энергией ! .19 МэВ. Анализ результатов эксперимента показал, что наблюдаемую линию следует приписать распаду иютопа 'в'1.ц с испусканием протона из основного состояния ядра: йбц (1 = 11/2+) — г~вуб (1" = 0 ) + Р.
Дополнительным аргументом в пользу подобной интерпретации результатов эксперимента являлось то, что ядро б'1.ц имеет наименьшую энергию отделения протона среди всех возможных ялер, образуюшихся в результате распада составного ядра "~4Н!' с испусканием 3-х нуклонов. Измеренная величина энергии протонов хорошо согласуется с расчетами на основе массовых формул. Точное определение периода полураспада оказалось довольно сложной задачей. По последним данным Гцз('б'!и) = 81 мс. Столь большая величина периода полураспала объясняется большой разницей в спинах основных состояний ядер си 1.ц и 1ввЪЪ, между которыми происходит переход с испусканием протона.
Сегодня известно свыше 30 ядер (от 'ввэб до и'П), испускаюших протоны из основного состояния. Все они имеют Я > 50. Зто является прямым указанием на то, что в этой области ядер проходит граница связанных состояний протона, на которой энергия отделения протона Вр = О. $8. Иепуекание запаздывающих протонов Уменыцение энергии отделения протона при продвижении в область протоноизбыточных изотопов делает возможным радиоактивные распады с испусканием запаздываюших протонов (рис.
7.18). Исходное ядро (А, Я) в результате 13в -распада или е-захвата превращается в ядро (А, Я вЂ” 1). Если энергия возбуждения Е* ядра (А, Я вЂ” 1) больше энергии отделения протона Вр, то открыт канал распада возбужденного состояния ядра (А, Я вЂ” 1) с испусканием протона. Из-за необходимости преодолевать кулоновский барьер вероятность испускания протона сильно зависит от его энергии. При малых энергиях протона Ер ралиационная ширина уровня Г„(т.е. ширина, обусловленная испусканием у-кванта) превышает протонную ширину Гр (Гт > Гр), и возбужденное ядро будет переходить в основное состояние путем испускания у-квантов. С ростом энергии протонов Ер вероятность распада 372 Глава 7.
Радиоакпгианость (л, я) (А-1, Я вЂ” 2) Рнс. 7.!В. Испускаиие запаздываюших протонов с испусканием протона увеличивается, и при некоторой энергии Лр, зависящей от заряда ядра (А, Я вЂ” 1), будет выполняться соотношение Гр — — Гт. Протонный распал будет конкурировать с 7-распадом в случае та < ! О '~ с. По формуле для проницаемости кулоновского барьера можно оценить кинетическую энергию протонов Ер, при которой их время жизни в ядре будет приблизительно равным 10 'е с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
