Диссертация (1145374), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Из-за низкого первого и второгопотенциалов ионизации нобелия и лоуренсия и высокого первого потенциалаионизации гелия данные нуклиды извлекались из газонаполненной камеры итранспортировались в ловушки Пеннинга в виде двухзарядных ионов, чтоспособствовало более точному измерению масс данных нуклидов. Во-первых,свободная циклотронная частота двухзарядных ионов в два раза больше, чемсвободнаяциклотроннаячастотаоднозарядныхионов,чтопозволяетопределять её с двойной точностью. Во-вторых, для высоко-прецизионныхизмерений масс необходимо, чтобы у исследуемого нуклида и реперногонуклида, используемого для калибровки магнитного поля, их отношения массык заряду были бы примерно равны.
В качестве реперного нуклида удобноиспользовать однозарядные ионы стабильного изотопа133Cs, т.к. его массаизвестна достаточно хорошо [12], и данные ионы довольно просто получать спомощью ионного источника поверхностной ионизации. Отношения массы кзаряду двухзарядных ионов нобелия и лоуренсия и однозарядных ионовизотопа 133Cs примерно равны.58Полная эффективность установки SHIPTRAP, определяемая как отношениечисла извлечённых из измерительной ловушки и зарегистрированных МКПдетектором ионов к числу поступивших в газонаполненную камеру ионов вданныхэкспериментахравняласьпримерно1-2%.Довольнонизкаяэффективность установки SHIPTRAP привела к тому, что даже изотопнобелияNo с самым большим сечением образования регистрировался МКП-254детектором с частотой, равной всего лишь двум ионам в минуту.
Поэтомуопределение массы каждого изотопа нобелия и лоуренсия потребовало какминимум нескольких часов измерения их свободных циклотронных частот. Втечение данного времени с периодом, равным нескольким часам, проводилосьизмерение магнитного поля с помощью однозарядных ионов133Cs (рисунок3.4).Рис. 3.4: Изменение свободной циклотронной частоты однозарядныхионов 133Cs (чёрные квадратики), вызванное флуктуациями магнитного поля, вовремя проведения измерения масс изотопов нобелия 252-254No. Периодыизмерения массы 252No, 253No и 254No выделены соответственно красной, синейи жёлтой линиями.Периодические изменения свободной циклотронной частоты ионовCs с133периодом измерения примерно 24 часа были вызваны изменением температуры59воздуха в экспериментальном зале (а следовательно и температуры магнита) взависимости от времени суток.
Данные изменения величины магнитного поляявляются довольно значительными, что приводит к дополнительной ошибке вопределении масс исследуемых нуклидов, вызванной достаточно большойнеопределённостью знания значения магнитного поля в момент измерениямассы определённого нуклида.СвободныеизмерялисьсциклотронныепомощьючастотыметодикиизотоповToF-ICR,нобелиявикоторойлоуренцияприменяласьодноимпульсная схема конверсии магнитронного движения в циклотронное(см. главу 2.4). Пример время-пролётных резонансовNo и254Lr ионов256приводится на рисунке 3.5.
Далее определялись отношения свободныхциклотронных частот реперных ионовCs+ и ионов соответствующего133нуклида. На основе данных отношений определялись массы исследуемыхнуклидов.Рис. 3.5: Время-пролётные резонансы (а) 254No2+ ионов с самым большимсечением образования и (б) 256Lr2+ ионов с самым маленьким сечениемобразования. Время-пролётные резонансы 254No2+ и 256Lr2+ ионов были набраныв течение, соответственно, одного часа и 93 часов и содержат, соответственно,95 и 56 ионов.
Красные линии являются теоретическими кривыми, вписаннымив экспериментальные точки.60В таблице 3.2 приводятся число время-пролётных резонансов, набранныхдля каждого нуклида, и измеренные отношения свободных циклотронныхчастот ионов 133Cs и ионов исследованных нуклидов.Таблица 3.2: Столбец 2: число время-пролётных резонансов, набранных дляизмеряемого нуклида. Столбец 3: измеренное отношение свободныхциклотронных частот ионов 133Cs и ионов измеряемого нуклида.
В скобкахприведены величины погрешностей в последних значащих цифрах.нуклидчисло в.-п. резонансовотношение r252No40.948376835(57)253No50.952144941(51)254No70.955908545(40)255No20.959679024(55)255Lr20.959691710(48)256Lr10.963461097(278)В таблице 3.3 приводятся вычисленные на основе отношения частотатомные массы исследуемых нуклидов и их избытки масс . Такжеприведеныранее известные табличные избытки масс [95] и ихсравнение с .Таблица 3.3: Вычисленные на основе измеренных отношений частот атомныемассы исследуемых нуклидов и их избытки масс . Также приведеныранее известные табличные избытки масс [95] и их сравнение с .Знак # означает, что табличные избытки масс изотопов 253No, 255Lrи 256Lr являются не экспериментальными значениями, а предсказаниями,основанными на экспериментальных значениях близлежайших масс.нуклидатомная масса − / а.е.м./ кэВ/ кэВ/ кэВ252No252.088960(15)82866(14) 82881(13)-15(19)253No253.090560(14)84356(13) 84470#(100#)-114(101)254No254.090963(11)84731(10) 84724(18)7(20)255No255.093193(15)86809(14) 86854(10)-45(17)255Lr255.096565(13)89950(12) 90060#(210#)-110(210)256Lr256.098505(74)91757(69) 91870#(220#)-113(231)613.3 Обсуждение результатовЗначительная часть трансурановых нуклидов, являющихся α−излучателями,объединяется в так называемые цепочки α−распада.
Звеном такой α−цепочкиявляется нуклид, который, с одной стороны, является продуктом α−распадаболее тяжёлого нуклида, а, с другой стороны, сам распадается посредствомα−излучения в более лёгкий нуклид. В основании цепочки, включающейнескольконуклидов,располагаетсянуклид,которыйнеявляетсяα−излучателем.
Прямое измерение массы определённого нуклида в α−цепочке(“якорный“ нуклид) и знание энергии α−распадов нуклидов, образующихα−цепочку, позволяет определить массы нуклидов, начиная с якорного нуклидавплоть до вершины α−цепочки. На сегодняшний день массы трансурановыхнуклидов определены таким косвенным методом с использованием α−цепочек.Достоинством данного подхода является то, что это на сегодняшний деньединственная возможность определять массы очень тяжёлых нуклидов,находящихся в вершинах α−цепочек.Данный метод обладает тремянедостатками. Во-первых, если масса якорного нуклида была изначальноопределена неправильно, то массы всех нуклидов вдоль α−цепочки также будутопределены неправильно.
Во-вторых, энергии α−распадов известны сопределённой точностью. Это приводит к тому, что чем дальше от якорногонуклида находится искомый нуклид, тем менее точно определяется его масса.В-третьих, метод α−цепочек хорошо работает, если α−распад происходитмежду ядерными основными состояниями нуклидов, т.е. между чётно-чётныминуклидами. В противном случае необходимо знать схему ядерных уровней,связанных α−распадом. Всё это приводит к необходимости прямого измерениямасс нуклидов, находящихся в α−цепочке далеко от якорного нуклида. Такие62нуклиды, являясь новыми якорными нуклидами, делят α−цепочку на несколькоболее коротких α−звеньев.На рисунке 3.6 приводятся шесть α−цепочек, звеньями которых являютсяизотопы нобелия 252-255No и лоуренсия 255,256Lr.Рис.
3.6: Шесть α−цепочек, звеньями которых являются изотопы нобелия 252255No и лоуренсия 255,256Lr. В красные рамки помещены нуклиды, чья энергияα−распада известна только из экстраполяций [12].63До прямых измерений масс изотопов нобелия и лоуренсия массы 252, 254, 255Noбыли определены методом α−цепочек, а массы 253No и 255,256Lr были неизвестны[95]. Массы якорных нуклидов данных α−цепочекTh и228Pu были взяты238,239из [95]. В таблице 3.4 приводятся значения избытка масс нуклидов вплоть досверхтяжёлых, образующих данные α−цепочки, которые были вычислены наоснове соответственно старых (228Th, 241Cm, 238,239Pu, 235Np и 240Am [12]) и новых(252-255No,255,256Lr) якорных нуклидов.Таблица 3.4: Избытки масс нуклидов и , образующихисследуемые α−цепочки, которые были вычислены на основе соответственностарых (228Th, 241Cm, 238,239Pu, 235Np и 240Am [12]) и новых (252-255No,255,256Lr)якорных нуклидов.
Знак # означает, что для определения избытка массыбрались экстраполированные значения энергий α−распадов [12].нуклид / кэВ / кэВ264Hs119558(31)119564(29)260Sg106542(23)106548(21)256Rf94217(21)94223(18)252No82866(14)82872(10)248Fm71893(15)71898.7(88)244Cf61473(17)61479.4(29)240Cm51720(17)51725.6(22)236Pu42897(17)42902.9(22)232U34605(17)34610.9(22)228Th26766(17)26772.3(22)269DsHs261Sg257Rf253No249Fm245Cf241Cm134832(40)120898(26)108002(21)95864(15)84356(13)73517(13)63383(15)53700(15)134836(38)120901(24)108006(19)95868(11)84359.9(79)73520.5(66)63386.9(28)53703.6(21)270134686(48)121144(39)108374(35)96349(32)134679(49)121137(39)108367(36)96342(33)265DsHs262Sg258Rf26664254NoFm246Cf242Cm238Pu84731(10)74080(13)64099(15)54812(15)46172(15)84725(12)74073.4(81)64091.9(21)54805.4(18)46164.9(18)25586809(14)75956(14)66105(14)57185(21)48592(21)86807(16)75954(16)66104(16)57183.8(21)48590.1(18)101994(51)89950(12)78969(14)68581(14)58694(25)49395(25)41047(25)101991(55)89947(22)78967(21)68578(21)58691.4(47)49392.2(24)41044.9(20)91757(69)91746(180)#250NoFm247Cf243Cm239Pu251259DbLr251Md247Es243Bk239Am235Np255256LrЗначения масc исследованных изотопов нобелия и лоуренсия, измеренныхна установке SHIPTRAP, находятся в хорошем согласии со значениями массданных нуклидов, определенных методом α−цепочек.
Данный результатпоказывает, что метод α−цепочек является приемлемым способом определениямасс трансурановых нуклидов в ситуации, когда невозможно проведениепрямых измерения масс нуклидов. Четыре α−цепочки образуются чётнонечётными и нечётно-нечётными нуклидами, для которых характерныα−распады на ядерные возбуждённые состояния. Таким образом, длякорректного определения масс данных нуклидовметодом α−цепочекнеобходимо знать схему ядерных уровней, на которые идёт α−распад.Совпадение масc изотопов нобелия и лоуренсия, измеренных на установкеSHIPTRAP, со значениями масс этих нуклидов, определенных методомα−цепочек,являетсяподтверждениемправильностиопределениясхем65α−распадов нуклидов, расположенных между основаниями α−цепочек иизотопов нобелия и лоуренция.Вкачествезаключениякданнойглаверассмотримперспективуопределения масс сверхтяжёлых нуклидов, т.е.
нуклидов с протонным числом,превышающим Z=110. Несмотря на то, что времена жизни многихсверхтяжёлых изотопов могут достигать минут, сечения образования этихнуклидов настолько малы, что проведение прямых измерений их масс вобозримом будущем является маловероятным. Поэтому метод α−цепочекявляется единственной надёжной методикой определения их масс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
