Ядра в лучах лазера - Гангрский Ю.П.
Скачать (прямая ссылка):
Обычный неполяризованный пучок ионов пропускают через пары щелочного элемента, например натрия, атомы которого уже поляризованы с помощью лазерного излучения. При столкновениях ионов с поляризованные ми атомами происходит передача углового момента, и ионный пучок после прохождения через пар становится поляризованным.
Источники радиоактивных поляризованных ядер, используемые для измерения анизотропии ядерного излу-
44
чения, можно создать из паров этих элементов, заключенных в замкнутой кювете. Как правило, для эксперимента требуется сравнительно небольшое число ядер, порядка 1010—1013, что позволяет работать при низких давлениях паров. Поэтому столкновения между атомами относительно редки, и время релаксации системы оказывается достаточно большим.
Однако поляризация может нарушиться, если аТомы в результате диффузии попадут на стенки кюветы. Для повышения времени диффузии кювету наполняют инертным газом (гелием или аргоном). Поскольку электронные оболочки атомов этих газов замкнуты, при столкновениях с ними не происходит передача ни момента, ни энергии возбуждения, поэтому поляризация исследуемых атомов не нарушается. Если же в атмосферу паров и инертного газа ввести атомы таких элементов, которые при столкновении с атомами, возбужденными лазерным излучением, могут обмениваться своими моментами, то их также можно поляризовать. Это позволяет осуществить эффективную поляризацию таких атомов, спектры уровней которых неудобны для возбуждения (высокие энергии, большие времена жизни).
Полученные таким способом радиоактивные источники поляризованных ядер имеют ряд достоинств: возможность работы при комнатной температуре, быстрое достижение поляризации и изменение ее направления. Поэтому такая методика особенно перспективна при экспериментах с короткоживущими ядрами (с периодом полураспада до долей секунды), исследование которых проводятся на ускорителях заряженных частиц.
Наибольшие трудности возникают при создании ми* шеней из ориентированных ядер. Плотности паров, как правило, не превышают 1016 ат/см3, что недостаточно для большинства экспериментов. Как правило, требуются мишени с числом поляризованных ядер до 1018 ат/см3 и с малым числом атомов примесей. Поэтому приходится использовать твердотельные мишени (или жидкие). В этом случае взаимодействие между атомами велико, соответственно время релаксации мало (как правило, <10~10 с), резонансные линии существенно уширены. Последнее обстоятельство вызывает снижение сечений возбуждения, что, в свою очередь, требует значительного увеличения интенсивности лазерного излучения. Поэтому пригодных для работы мишеней из поля-
45
ризованных ядер, полученных с помощью лазерного излучения (как в случае пучков и источников), пока еще не создано. Проблема, очевидно, будет репіена с созданием оптически прозрачных кристаллов с идеальной решеткой, которая практически не будет взаимодействовать с атомами примесей.
Лазерное излучение можно использовать также и для получения пучков поляризованных ^-квантов. Этот способ основан на обратном комптон-эффекте, когда лазерное излучение рассеивается назад на движущихся навстречу ему электронах. Энергия рассеянных световых квантов определяется энергиями электронов ?0 и лазерных квантов Ei и углом, под которым рассеивается лазерное излучение. Максимальная энергия рассеянного излучения (при угле рассеяния 180°) определяется выражением
E1 -45,(-?-)»,
тс2
где т — масса электрона; с — скорость света (тс2 = = 0,51 МэВ). Из этого выражения видно, что при достаточно высокой энергии электронов лазерное излучение оптического диапазона будет преобразовано в жесткое у-излучение. Например, при энергии электронов 100 МэВ энергия обратно рассеянного излучения рубинового лазера (?i = l,8 эВ) составляет 0,29 МэВ, а при энергии 1 ГэВ — 28 МэВ. Энергию этого излучения можно легко изменить, варьируя угол рассеяния. Интенсивность рассеянного излучения зависит от интенсивности как пучка электронов, так и лазерного излучения. При использовании мощных лазеров с числом фотонов до 1020 в импульсе при его длительности Ю-8 с число рассеянных квантов достигает Ю-4 от числа электронов. При этом энергия и интенсивность пучка электронов практически не меняются, и его можно использовать в другом эксперименте.
Если лазерное излучение было поляризовано, то эта же поляризация сохраняется и для рассеянных фотонов. Основанная на этом принципе установка работает на линейном ускорителе электронов Миланского университета (Италия). В диапазоне энергий электронов 0,37—1,5 ГэВ получают пучок поляризованных фотонов с энергиями от 5 до 78 МэВ и интенсивностью 105 фотон/с.
46
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ЯДЕР
Одной из наиболее распространенных задач в ядерной физике является измерение энергетических спектров различного рода частиц, испускаемых в ядерных процессах. Это могут быть у-кванты, электроны, а-ча-стицы, испускаемые при самопроизвольном распаде ядер, или протоны, нейтроны, более тяжелые частицы в ядерных реакциях. Энергетические спектры являются основным источником информации о свойствах возбужденных состояний ядер, которые определяют структуру ядра и характер взаимодействия составляющих его частиц.
