1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 53
Текст из файла (страница 53)
123 Изобразим процессы, происходящие с ядром 5 Вг с момента его образования до момента испускания электрона, схематически (рис. 123, а). Ядро 5 Вг, образующееся из ядра 35 Вг в результате захвата нейтрона, в первый момент своего существования находится в сильно возбужденном состоянии (на рисунке отмечено звездочкой). Снятие возбуждения происходит в результате последовательных переходов ядра во все более низкие энергетические состояния с одновременным испусканием уквантов или (и) электронов внутренней конверсии, уносящих избыток энергии. При наличии метастабильного состояния переходы могут происходить двумя различными путями, отмеченными на рисунке цифрами 1 и И. В результате переходов, проходящих по способу 1, ядро быстро (около 1О " с) приходит в основное состояние, из которого испускает б-частицы с периодом полураспада т,=18 мнн.
Прн способе П ядро быстро приходит в долгожнвущее (метастабильное) состояние Д Вг, из которого медленно с периодом тг — — 4,4 ч переходит в основное состояние с последующим испусканием р-частицы. Таким образом, в способе П 13-распад становится возможным только после заключительного перехода ядра из метастабильного состояния в основное, который происходит с периодом 4,4 ч. Поэтому и соответствующий ему р-распад будет также характеризоваться периодом 4,4 ч.
При этом, поскольку в обоих способах р-частицы испускаются с одного и того же энергетического уровня, их энергетические спектры будут одинаковы. В настоящее время явление ядерной изомерии хорошо изучено. Условием ее возникновения является существование 262 Глава Ш. Радиааятивиме яревртвеиия ядер вблизи основного состояния ядра энергетического уровня, сильно отличающегося от основного по моменту количества движения (1Ы! >4). Выше замечено, что у-переходы между такими уровнями должны быть очень затруднены, так что соответствующие времена жизни могут достигать нескольких часов, дней или даже лет. Эти уровни и играют роль метастабильных состояний ядер-изомеров.
Снятие возбуждения с метает абильного состояния ядра может происходить двумя ятями. Первый путь был проиллюстрирован на примере за Вг'. Детальная схема распада ядра зв Вг' с более точными значениями периодов полураспада дана на рис. 123, б.
Ядро переходит из метастабильпого состояния в основное, испуская у-кванты или электроны внутренней конверсии. Затем из основного состояния испускаются р-частицы с тем же энергетическим спектром, что и у р-частиц, образуюшдхся в обычном В-переходе, Однако из-за того что время жизни метастабильного состояния больше периода полураспада р-излучения, будет наблюдаться второй (больший) период В-распада. Второй путь осуществляется в том случае, когда р-частица может быть испущена непосредственно -из метастабильного состояния. Это оказывается возможным, если вероятность радиационного перехода сравнима с вероятностью испускания В-частицы, Энергетические спектры В-частиц обоих типов должны быть различны. Это связано с тем, что ~3-переходы в обоих случаях происходят между различными энергетическими состояниями.
При этом различны не только начальные состояния (в одном случае основное, а в другом метастабильное), но и конечное. Последнее очевидно из того, что начальные состояния сильно различаются по значению момента, благодаря чему разрешенные р-переходы из них не могут осуществляться в одно и то же энергетическое состояние дочернего ядра. Пример изомерного ядра описанного типа — ядро ,'аСо, разрядка метастабильного состояния которого в 10;4 случаев происходит в результате непосредственного 13-перехода с метастабильного состояния, а в 90'Ь случаев †счет высвечивания у-кванта.
В некоторых случаях ядра могут иметь по два метастабильных уровня и, слеловательно, обнаруживать три периода полураспада. Изомерия может также проявляться в форме существования у ядра нескольких периодов полураспада относительно спонтанного деления. Хорошо известный пример такой изомерии дает ядро залАш, которое в изомерном состоянии испытывает З 19.
у-лззлученне ядер 263 Таблица 18 ян "зд 0,8 0,4 0,2 0,1 -+ Рис. 124 спонтанное деление с периодом полураспада Тцз=1,4.10 ' с, тогда как для основного состояния Тц,х10а лет. Метастабильные состояния можно наблюдать и у р-стабильных ядер.
В этом случае разрядка метасгабильного состояния происходит путем испускания у-квантов и конверсионных электронов. Примером р-стабильного изомера является 'лзаз1п с метастабильным уровнем 0,393 МэВ и временем жизни 104 мин. Таким образом, во всех случаях сущность изомерии заключается в наличии у ядра возбужденного состояния с измеримым временем жизни. Из-за сравнительно большого времени жизни зто состояние фактически проявляет свойства нового ядра — изомера с другими значениями массы М, спина 1, четности Р, изоспина Т, времени жизни т и т. п. (но с теми же самыми А и 2). Ядерная изомерия †отню не редкое явление. Известно около сотни достаточно долгоживущих ядер-изомеров.
Статистический анализ их распределения по числу содержащихся в ннх нуклонов приводит к следующим интересным закономерностям. Наибольшее число изомерных состояний имеют ядра с нечетным массовым числом А, они достаточно часто встречаются среди нечетно-нечетных ядер и очень редко — у четно-четнь1х. Если распределить ядра-изомеры для нечетных А по числу содержащихся в них протонов или нейтронов, то обнарухп|вается чрезвычайно резкая зависимость (о с т р о в а изомерии), представленная на рис. 124 и в табл. 18. Эти закономерности можно объяснить с помощью модели ядерных оболочек (см.
$ 12, п. 3). Выше отмечено, что в зависимости от мультипольности у-перехода время жизни возбужденного состояния ядра может Глава 111. Радиоактивные нревращения ядер изменяться в очень широких пределах. Поэтому в принципе должны существовать изомерные состояния с самыми разносбразными периодами (от весьма малых долей секунды до многих тысяч лет). Можно огкидать, что с развитием методики эксперимента будут обнаруживаться новые ядра-изомеры со все более коротким и все более длинными периодами. Известно, например, что изомевп "~Хр имеет Тцгаи5000 лет, а изомер гггСа-Тг г=2,8.10 ' с.
4. ЭФФЕКТ МЕССБАУЭРА До сих пор при рассмотрении различных энергетических состояний атомного ядра мы приписывали им вполне определенные значения энергии. Однако это не совсем верно. Рассмотрим для примера ядро "'1г, находящееся в возбужденном состоянии с энергией Е=129 кэВ, из которого оно может перейти в основное состояние в резрльтате испускания у-кванта с периодом полураспада Тц, аи!0 ' с 1рис. 125). Тогда согласно соотношению неопределенностей энергия возбужденного состояния Е известна с погрешностью 10- ге ЬЕ-Ь/Л1= г „ж5 1О ~ эВ.
1О-го,1 6,10-гг Чем быстрее происходит высвечивание возбужденного состояния, тем больше неопределенность в значении энергии возбужденного состояния. Только основное состояние стабильного ядра имеет /5ЕевО и, следовательно, характеризуется строго определенным значением энергии. Неопределенность в энергии возбужденного состояния приводит к немонохроматичности у-излучения, испускаемого при переходе ядра из возбужденного состояния в основное.
Эту немонохроматичность принято называть естественной шииной Г линии испусканияу излучения. В нашем примере 5 1О в эВ. Это очень малое значение по сравнению с энергией у-перехода Е= 129 кэВ. Поэтому если бы 0/г существовал способ обнаружения изменер ния энергии на значение порядка естест- 0,177 венной ширины линии излучения, то он г дал бы возможность измерять энергию с очень высокой относительной точностью, равной Г/Е. В нашем примере Г/Е=4'1О ". Для более узких линий, т. е. для у'-переходов с большими периодами, Рис. 125 значение Г/Е должно быть еще меньше. 5/2~ ф+ гвг1„ р нх т-Изяучение ядер 265 В принципе обнаружить изменение энергии, равное естественной ширине линии излучения, можно при помощи резонансного поглощения у-излучения.
Резонансным поглощением у-излучения называется процесс возбуждения ядра под действием у-квантов, испускаемых этими ядрами прн обратных переходах из данного возбужденного состояния в основное. Процесс резонансного поглощения можно сравнительно легко наблюдать экспериментально, изучая прохождение резонансного у-излучения через пластинку из данного вещества. При совпадении энергии у-излучения с энергией перехода поглощение резко возрастает, что позволяет заметить очень небольшие изменения энергии вблизи резонансного значения. Однако до 1958 г.
этот метод можно было использовать только при достаточно больших ширинах линий. Дело в том, что при переходе ядра из возбужденного состояния с энергией Е в основное состояние испускающийся у-квант уносит не всю энергию возбуждения Е, а несколько меньшую величину Е,„,„, так как часть энергии' Т„, идет на отдачу испускающего ядра: Е„„,„=Š— Т„„(Е (19.19) (сравните с аналогичным явлением в и- и 11-распадах). Аналогично для возбуждения ядра до энергии Е необходимо у-излучение с энергией Ез,=Е+Т„~>Е, (19.20) где Т.,— энергия отдачи, передаваемая у-квантом поглощающему ядру. Таким образом, линия испускания н линия поглощения для одного и того же состояния в данном ядре сдвинуты относительно друг друга на 2Т„„(рис. 12б, а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
