Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
Поляризованное лазерное излучение позволяет осуществить еще одну возможность выделения атомов, испытавших резонансное возбуждение. Возбужденные атомы с различными направлениями спина (им соответствуют различные компоненты сверхтонкой структуры) можно разделить в сильном неоднородном магнитном поле. Выбирая направление градиента этого поля, мож-
34
Источник атомов
Атомный пучок
Лазерный луч с перестраиваемой частотой
а
фэу
Пучок ионов
Лазер
Рис. 8* Схемы экспериментальных установок для исследования взаимодействия лазерного излучения с пучком атомов (а) и пучком ионов (б)
но атомы с одним направлением спина сфокусировать на детектор, а с другим — расфокусировать. Таким образом определится сверхтонкая структура спектра.
35
Наконец, следует отметить еще один метод точного измерения расстояния между компонентами сверхтонкой структуры даже при доплеровском уширении, полностью маскирующем сверхтонкую структуру. Речь идет о методе двойного резонанса, в котором световым излучением лазера возбуждаются все компоненты сверхтонкой структуры, а затем радиочастотное излучение индуцирует резонансные переходы между этими компонентами. Резонансные энергии радиочастотного излучения и определяют сверхтонкое расщепление. Разнообразие способов создания атомных ансамблей и выделения возбужденных атомов позволяет комбинировать их при конструировании экспериментальных установок для определения размеров и формы ядер.
С помощью описанных методов к настоящему времени уже проведены многочисленные эксперименты по определению размеров и формы широкого круга ядер. Исследованы не только стабильные, но также и большое число радиоактивных ядер с периодами полураспада вплоть до' долей секунды. Наибольший объем экспериментальных данных получен для щелочных, щелочноземельных и других элементов 1-й и 2-й групп таблицы Д. И. Менделеева, так как они имеют наиболее удобные для измерений спектры оптического излучения. В последнее время начаты эксперименты с элементами 3-й группы таблицы Менделеева — изотопами Ga, In, Tl, редкоземельными элементами.
В ряде случаев измерены целые серии изотопов, например, для цезия — 28 (от 118Cs до 145Cs), для ртути — 25 (от 181Hg до 205Hg). Эти измерения позволяют судить о том, как меняются зарядовые радиусы ядер с изменением числа нейтронов на 20—25 единиц. Обнаружилась очень интересная картина: во многих случаях наблюдается заметное отклонение зависимости зарядового радиуса от ожидаемого соотношения г~Л'/3> в качестве примера на рис. 9 приведена указанная зависимость для изотопов рубидия. Видно, что при массовых числах, больших 87, зарядовый радиус растет значительно быстрее, чем можно было ожидать. В то же время для изотопов, более легких, чем 87Rb, зарядовый радиус практически не уменьшается. Это объясняется тем, что ядро 87Rb сферическое, а с изменением числа нейтронов ядра деформируются, что ведет к увеличению их среднего радиуса.
36
75 79 83 87 91 95 99 А 105 110 115 120 125 N
~Г_-Г—]-J-1-1--1 і-!_-,-,-TZ-1
34 38 42 46 50 54 58 62 N
Рис. 9. Зависимость среднеквадратичного радиуса и квад-рупольного момента ядра от числа нейтронов для изотопов рубидия
Рис. 10. Зависимость среднеквадратичного радиуса и квад-рупольного момента ядра от его массового числа для изотопов ртути
Другой интересный объект — нейтронодефицитные изотопы ртути (рис. 10). Монотонное уменьшение зарядового радиуса сменяется у них резким скачком при переходе от 187Hg к 185Hg. И здесь изменение среднего радиуса связывают с появлением деформации ядра. Таким образом, измерение изотопного сдвига представляет собой чувствительный метод поиска ядер (или их групп) с заметной деформацией. Эти поиски имеют очень большое значение для развития наших представлений о структуре ядер, так как они позволяют судить о заполнении нуклонных оболочек и о влиянии этих оболочек на равновесную форму ядра.
Дополнительные, а в ряде случаев более детальные сведения о форме ядер можно получить из измерений сверхтонкого расщепления атомных уровней. В этом случае определяют ядерные моменты, которые также служат источником данных о форме ядра: квадруполь-
37
ные моменты характеризуют отклонение формы ядер от сферы, а спин и магнитный момент зависят от степени деформации ядра. Такие независимые измерения формы ядер позволяют получать данные еще об одной характеристике ядер — их сжимаемости. Действительно, изменение зарядового радиуса может происходить за счет изменения не только числа нуклонов, а следовательно, формы ядра и его объема, но также и плотности ядерного вещества. Использование данных об изотопных сдвигах и ядерных моментах позволяет судить о сжимаемости ядерного вещества при добавлении нейтронов.
Оказывается, если учесть влияние деформации ядра, то при изменении числа нейтронов среднеквадратичный радиус ядра растет приблизительно вдвое медленнее, чем это следует из закономерности ~/11/з . Это явление может иметь два объяснения.
Во-первых, с увеличением числа нейтронов растет плотность ядерного вещества. В ядрах среднего атомного веса при добавлении 20—30 нейтронов плотность может увеличиться на 10—15%. Во-вторых, добавочные нейтроны могут собираться на поверхности ядра. Радиус распределения ядерного вещества в ядрах с избытком нейтронов будет больше радиуса распределения электрического заряда.
