Диссертация (1149404), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Далее, атомы ионизуются методом резонансной лазерной ионизации [100],сепарируются в GPS магнитном сепараторе и ускоряются до 30 кэВ. Непрерывный потокионов совместно со всей возможной изобарной цепочкой поступает в РЧК банчер. Здесь ио­ны тормозятся, охлаждаются, аккумулируются и извлекаются уже как дискретный пучок.Далее ионы поступают в MR-ToF сепаратор, где благодаря высокой разрешающей способно­сти в 3 · 105 пучок очищается от изобарных примесей, в частности 202 Fr и 202 Bi так, что ихконцентрация становится в 100 раз меньше концентрации ионов 202 Tl. Такой результат былдостигнут за 1000 оборотов в MR-ToF в течение 36 мс.Изобарически относительно чистый пучок ионов далее поступает в ПЛ, где он охла­ждается, центрируется и еще лучше очищается от все еще возможных изобарных примесей.Наконец только однократно заряженные ионы 202 Tl поступают в ИЛ, где и происходит изме­рение их циклотронной частоты ν методом ToF-ICR.

Калибровочные измерения магнитногополя были произведены при измерение циклотронной частоты ионов 133 Cs+ , 181 Ta16 O+ и203Tl+ , чьи массы относительно хорошо известны. Выбор 181 Ta16 O+ и 203 Tl+ для калибровки603.6Q = 2.833(30)стат(15)сист кэВ3.4Q-значение (кэВ)3.23.02.82.62.42.22.005101520253035номер 5-часового измеренияРисунок 4.3 — -значения 163 Ho, полученные на основе измеренных отношений 5hциклотронных частот для 163 Ho+ и 163 Dy+ ионов на установке Shiptrap [76].

Черная линияи серая полоса показывают усредненное -значение со своей ошибкой измерения,соответственно.был обусловлен их близостью по массе к 202 Tl, их наличием в том же исходном пучке, по­ступающем в РЧК банчер, и относительно хорошо известными значениями их масс. Ионыже 133 Cs+ являются стандартным калибровочным случаем с хорошо известной массой, кото­рые могут быть легко получены из off-line источника поверхностной ионизации. Кроме того,при измерении в 2008 году массы 202 Pb для калибровки использовались только ионы 133 Cs+ ,поэтому использование их для измерения массы 202 Tl помогло в последующем анализе полу­ченных данных. Таким образом, каждое измерение ν частоты ионов 202 Tl+ сопровождалосьодним или несколькими измерениями частоты калибровочных ионов, что в конечном счетепозволило точнее оценить полную систематическую ошибку измерений.Систематическая ошибка любых измерений на Isoltrap состоит из двух частей, ко­торые были оценены в работе [106].

Из этой работы масс-зависимая часть ошибки равна1.6 · 10−10 /u, где u – атомная единица массы. Однако с тех пор был произведен техническийремонт сверхпроводящего магнита, а сама измерительная ловушка была заново выровненаотносительно оси его магнитного поля. Были произведены новые измерения масс-зависимойошибки с использованием ионов от off-line источника поверхностной ионизации, которые да­ли предварительный результат в 3.5 · 10−10 /u, который в конечном счете и использовалсядля 202 Tl. Масс-независимая же ошибка еще не была заново переопределена, однако онапредполагается на том же уровне, что и была ранее: 8 · 10−9 , поскольку в целом установка непретерпела значительных изменений. Полная статистическая ошибка измерений включает всебя также и погрешность массы калибровочных ионов.613.3Q = 2.492(30)стат(15)сист кэВ3.1Q-значение (кэВ)2.92.72.52.32.11.91.7051015202530номер 4-часового измеренияРисунок 4.4 — -значения 187 Re, полученные на основе измеренных отношений 4hциклотронных частот для 187 Re+ и 187 Os+ ионов на установке Shiptrap [4].

Черная линияи серая полоса показывают усредненное -значение со своей ошибкой измерения,соответственно.Таблица 3 — Отношение частот калибровочного и измеряемого 202 Tl+ иона. MEexp –дефект массы 202 Tl, полученный в данном эксперименте, MElit – литературное значениедефекта массы 202 Tl из [49], ∆ = MEexp − MElit – отклонение полученного нами значения отлитературного. В скобках указана погрешность измеренных величин: в первых –статистическая, во вторых – систематическая.Калибр. ион181Ta16 O+203Tl+ = νref /ν202TlMElit (кэВ)∆ (кэВ)1.025 536 375 2(99)(84)−25 984.5(26)(15) −25 986(14)1.5(14)0.995 072 053 5(63)(80)−25 978.9(18)(15) −25 986(14)7.1(14)MEexp (кэВ)Суммарный результат измерений представлен в таблице 3 [5].

Как видно из этой таб­лицы, дефект массы 202 Tl, полученный с использованием 203 Tl как репера, отличается нанесколько σ от литературного значения: ∆ = 7.1(14). Это может быть связано с ошибоч­ным литературным значением массы 203 Tl, которое использовалось при расчетах дефектамассы 202 Tl. В подтверждение этого предположения приводится Рис. 4.5, где изображеныотношения циклотронных частот ионов 202 Tl+ и 133 Cs+ . Видно, что все отношения нахо­дятся в хорошем статистическом согласии, а значит в ходе всей измерительной кампании небыло никаких значительных изменений магнитного поля, которое еще могло бы объяснитьописанное выше разногласие.62номер измеренияРисунок 4.5 — Измеренные отношения циклотронных частот ионов 202 Tl+ и 133 Cs+ наIsoltrap [5], полученные в серии из 10 измерений. Черная линия и серая полосапоказывают усредненное -значение со своей ошибкой измерения, соответственно.Представленная погрешность каждого из измерений обусловлена только статистическойпогрешностью.

Пунктирная вертикальная линия отделяет измерения, в которых как ещеодин калибровочный источник использовался 203 Tl+ (слева), и те, в которых использовался181Ta16 O+ (справа).63Глава 5. Результаты и выводы5.1Зависимость времен жизни ряда нуклидов от температурыСогласно теории β-распада вероятность отдельно взятого β-перехода, вообще говоря,не зависит от температуры. Однако наличие высокой температуры приводит к ряду эф­фектов, которые в конечном счете так или иначе изменяют полный эффективный периодполураспада нуклида. Так, высокая температура окружающей среды изменяет энергию рас­пада.

Энергия распада может изменяется за счет уменьшения полной энергии связи атомнойоболочки по мере ионизации атома, или же за счет распада с возбужденных термически засе­ленных ядерных уровней. Увеличение энергии распада может приводить к открытию новыхканалов распада, например, β-распад на связанное состояние. Кроме того, возбужденныеуровни зачастую имеют отличные от основного состояния спин и четность, а следовательно,распад с них может иметь «менее запрещенный», или даже разрешенный тип β-перехода в от­личие от распада с основного состояния. И если такой возбужденный ядерный уровень имеетзначительную заселенность (распространенность), то период распада с такого уровня можетбыть меньше (или даже много меньше) периода полураспада с основного ядерного уровняи конкурировать с ним или даже превалировать.

Наличие такой конкуренции, в конечномсчете, приводит к изменению полного периода распада нуклида.Как уже отмечалось в разделе 1.2.1, период полураспада нуклида является одним изключевых параметров для определения астрофизических путей протекания процессов нук­леосинтеза. А поскольку температура в звездах достигает сотен миллионов градусов, топериоды полураспада некоторых нуклидов при таких температурах могут значительно отли­чаться от тех, которые измерены в лабораторных условиях. Таким образом, для правильногорасчета путей нуклеосинтеза не достаточно полагаться только на значения периодов полу­распада, измеренных в лабораторных условиях, но необходимо их использование с учетомсоответствующих поправок (иногда весьма значительных) как обсуждалось выше.В таблице 6 представлен перечень нуклидов, периоды полураспада которых наиболееподвержены изменениям с учетом только эффекта распада с термически заселенных воз­бужденных уровней.

Оценка периодов их полураспада сделана по графику Мошковского[107], где 1/2 определяется по известной энергии распада и значению log . Схемы распадакаждого из перечисленных в таблице 6 нуклидов с указанием энергий наиболее значимыхпереходов и log -значений этих β-переходов представлены в аппендиксе А к данной работе.Такой подход для расчета периодов полураспада, однако, является очень грубым и неучитывает, например, такие астрофизические аспекты как распределение ионов по зарядо­вым состояниям, плотность свободных электронов, поток нейтронов и сечение их захвата.Наши оценки носят, по сути, рекомендательный характер для дальнейшего, гораздо более де­тального анализа эффекта β-распада с термически заселенных ядерных уровней и изучение64влияния этого эффекта на путь протекания процессов нуклеосинтеза в звездах.

Тем не менее,как уже указывалось выше, точное и достоверное знание -значений соответствующих нук­лидов необходимо для правильного детального расчета полного периода β-распада в звездах.5.2Нуклид123Te и его электронный захват в звездахОдним из нуклидов, перечисленных в таблице 6, является 123 Te, чье -значение былоизмерено на масс-спектрометре Shiptrap [7] и является одним из пунктов, выносимых назащиту. Распад 123 Te пока-что не обнаружен экспериментально ввиду его большого периодаполураспада > 9.2 · 1016 лет [108]. Тем не менее известно, что атом 123 Te тяжелее соседнегоатома 123 Sb, а значит β-переход энергетически возможен.

Характеристики

Список файлов диссертации