Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
распада, суток кэв на распад
141Ce 32,5 145,4 0,67
198Au 2,69 411,79 1,0
137Cs 33 года 661,6 0,92
65Zn 245 1112 0,455
245 511,006 0,03
6nCo 5,25 года 1173,2 1.0
5,25 года 1332,5 1,0
24Na 14,9 ч 1368,5 1,0
14,9 ч 2753,9 1,0
14,9 ч 3862 5. IO-4
Гамма-излучение в реакциях с заряженными частицами. Любую ядерную реакцию, в которой конечное ядро остается в возбужденном состоянии, снимаемом испусканием электромагнитного излучения, можно использовать в качестве источника у-квантов. В ядерной физике чакие источники применяются для градуировки детекторов (конечно, если изучение характеристик у-квантов из реакции с заряженными частицами не является целью самого эксперимента), и очень желательно, чтобы спектр такого источника содержал одну, максимум две-три линии.
83» Более удобно для этих целей использовать (р, у)-реакцию на .легких ядрах при энергии ускоренных протонов около 1 Мэв. Так как энергия связи протона в легких ядрах порядка десятка мегаэлектронвольт, то суммарная энергия, уносимая у-квантами из возбужденного конечного ядра, существенно больше, чем при ?-распаде, и можно ожидать появления у-квантов с соответствующей энергией, если однофотонные переходы в основное состояние не запрещены.
При малых энергиях протонов сечение (р, у)-реакции на легких ядрах имеет резонансный характер, т. е. наблюдается резкое увеличение сечения при энергиях протона, соответствующих энергии возбуждения составного ядра. Если разброс в энергии пучка ускоренных протонов меньше, чем расстояние между соседними уровнями, и потери энергии протонами при торможении в мишени также меньше этой величины*, то будут наблюдаться переходы только из одного возбужденного состояния, и можно найти случай, когда эти переходы будут почти исключительно однофотонными. Например, в реакции 9Be (р, у)10В при энергии протона 991 кэв наблюдается сильный резонанс и в 90% случаев возникают у-кванты с энергией 7,48 Мэв. В реакции 27Al (р, y)28Si при энергии протонов 992 кэв можно получить у-кванты с энергией 10,71 Мэв. Гамма-кванты с энергией большей 20 Мэв образуются в реакции T (р, у)4Не (энергия связи протона в 4He 19,8Мэв). Если энергия налетающего протона при этом меньше 1,02 Мэв, то при бомбардировке тритиевой мишени протонами не будут возникать нейтроны. Для получения у-квантов с энергией в несколько мегаэлектронвольт используется и радиационный захват протонов в литии.
Гамма-излучение при радиационном захвате нейтронов. После того как были построены мощные ядерные реакторы, у которых плотности потоков нейтронов в активной зоне достигают IO14—IO13 и около IO10 нейтроні(см2• сек) на выходе из экспериментальных каналов в защите реактора, стало возможным использовать (п, у)-реак-цию не только как один из способов изучения структуры ядра, но и как источник у-излучения. Образовавшееся в результате захвата нейтрона новое ядро сильно возбуждено. Выделяемая при снятии возбуждения энергия, равная энергии связи нейтрона (порядка 6 — 9 Мэв), может быть унесена или одним, или целой группой у-квантов, иногда в несколько сот линий.
Знание положения на энергетической шкале и интенсивности у-линий при захвате позволяет сразу произвести градуировку детектора, например полупроводникового спектрометра в широком диапазоне энергий. В табл. 3.3 для примера приведены интенсивности и положения у-линий в реакции 53Cr (п, у)54Сг в области энергий, которая недоступна для радиоактивных источников. Поместив образец из подходящего материала на выходе канала в защите реак-
* Те же требования к пучку и мишени возникают и при получении моноэнергетических нейтронов в реакции с заряженными частицами (см. § 3.2).
84 Таблица 3.3
Энергия и относительная интенсивность -у-квантов, возникающих при захвате тепловых нейтронов в реакции 53Cr (я, -у) 54Cr
Энергия -у-квантов, кэв Относительная интенсивность Энергия Y-квантов, кэв Относительная интенсивность
835 100 5999 1,0
1783 11,9 6642 5,5
2239 12,8 7100 10,5
3720 4,0 8883 64
4872 1,9
тора, можно получить источник у-квантов активностью до IO8 у-квантїсек. Чтобы увеличить мощность источника, необходимо образец поместить в тепловую колонну реактора, поскольку сечение (п, у)-реакции в общем обратно пропорционально скорости нейтрона. В этом случае меньше и фон у-излучения из реактора.
К сожалению, те элементы, в которых при захвате нейтронов возникают у-кванты только одной энергии, как правило, характеризуются малым сечением захвата. Так, при захвате тепловых нейтронов в естественной смеси изотопов свинца в 7% случаев появляются у-кванты с энергией 6,13 Мэв и в 93% — с энергией 7,38 Мэв; захват нейтронов в висмуте приводит к появлению во всех случаях у-квантов с энергией 4,17 Мэв. Сечение захвата свинца на тепловых нейтронах 1,7-10-25 см2, а висмута — 3,4-Ю-27 см2. Это означает, что если источник захватных у-квантов представляет собой свинцовый диск площадью 10 см2 и толщиной 0,5 см, помещенный в поток тепловых нейтронов IO9 нейтрон/(см2• сек), то его активность будет около IO8 квант!сек. Можно увеличить выход у-квантов, увеличив толщину мишени, но это приведет к заметному рассеянию у-квантов в самой мишени и, следовательно, к сплошному спектру источника. Иногда приходится жертвовать монохроматичностью источника, чтобы получить большую интенсивность. Так, можно получить источник у-квантов со сплошным спектром и интенсивностью IO10 квантісек, если использовать захват нейтронов в элементе с большим сечением и большой долей у-квантов с энергией в несколько мегаэлектронвольт. Подходящим материалом является никель, сечение захвата тепловых нейтронов для которого равно 4,6- 10~24слг2, а около 50% у-квантов имеют энергию, большую 3 Мэв. Если мишень из никеля толщиной в несколько сантиметров установить на пучке тепловых нейтронов, то почти все они захватятся в мишени и активность источника будет приближенно равна полному потоку нейтронов на мишень. В первом приближении вероятность испускания у-квантов с определенной энергией в интервале 1—9 Мэв для такой мишени не зависит от энергии и в этом случае говорят, что спектр у-квантов источника «белый»).
