11ИЗМЕРЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ УГЛОВЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ГАММА-
ЛУЧЕЙ ИЗ РЕАКЦИИ 27Л1(р,у)2881
Сафо Олимович Саидов
Кандидат химических наук,доцент кафедры Физики Бухарского государственного университета
Сирожиддин Комилевич Махмудов
Старший научный сотрудник, Научно исследовательский институт физики полупроводников и микроэлектроники НУ Уз
Санжар Ихтиёр ртли Махмудов Магистрант 2 курса кафедры физики Бухарского государственного
университета
В статье обсуждены результаты измерения углового распределения гамма-лучей, определены и уточнены спины для 15 из наблюденных 68 уровней, определены коэффициенты смещивания мультипольностей для 7 прямых переходов разряжающих резонансные уровни. Экспериментальные значения энергий четырех уровней и вероятности Е2 переходов разряжающие
эти уровни сравниваются с расчетами по модели Давыдова для неаксиального
28
четно-четного ядра Si.
Ключевые слова. Электромагнитное излучение, гамма излучение, изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, коэффициенты угловых распределений, прямой переход с резонансного уровня, квадрупольный момент, резонансные и нерезонансные уровни, переход, вероятность перехода, энергия и интенсивность перехода ...
This article discusses the results of measuring the angular distribution of gamma rays, determines and refines the spins for 15 of levels among 68, determines the multipolarity shift coefficients for 7 direct transitions that discharge resonant levels. The experimental values of the energies of the four levels and the probabilities of E2 transitions that discharge these levels
АННОТАЦИЯ
ABSTRACT
https://t.me/ares uz
Multidisciplinary Scientific Journal
February, 2022
are compared with calculations using the Davydov model for the nonaxial even-even 28Si nucleus
ВВЕДЕНИЕ
Гамма излучение - электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн [1,2]. В таблице 1 приведена классификация электромагнитных волн: на шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует с рентгеновскими лучами, но имеет более короткую длину волны. Первоначально термин "гамма-излучение" относился к тому типу излучения радиоактивных ядер, который не отклонялся при прохождении через магнитное поле, в отличие от а- и Р-излучений. Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10-10 м. При столь малых длинах волн первостепенное значение имеют корпускулярные свойства излучения.
ЛИТЕРАТУРА И МЕТОДОЛОГИЯ
Гамма-излучение представляет собой поток частиц - гамма-квантов или фотонов, с энергиями Е = hv (h - постоянная Планка, равная 4.14 10-15 эВс, v -частота электромагнитных колебаний). Условна, фотоны с энергиями Е> 10 кэВ относятся к гамма-квантам. Между длиной волны X гамма-излучения и его частотой v существует то же соотношение, что и для других типов электромагнитных волн: vX = с (с - скорость света).
Таблица 1. Классификация электромагнитных волн
Название Длина волны, м Частота, Гц
Радиоволны 3105 - 3 103 - 108
Микроволны 3 - 310-3 108 - 1011
Инфракрасное излучение 3 10-3 - 810-7 1011 - 41014
Видимый свет 810-7 - 410-7 41014 - 81014
® о
748
Ультрафиолетовое излучение 410-7 - 3 10-9 81014 - 1017
Рентгеновское излучение 3 10-9 - 10-10 1017 - 31018
Гамма-излучение < 10-10 > 31018
18
Частота гамма-излучения (>3 1018 Гц) отвечает скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и с участием элементарных частиц. Поэтому источниками гамма-излучения могут быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами, в частности аннигиляция пар частица-античастица. И наоборот, гамма-излучение может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц. Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего в процессах взаимодействия частиц, дает важную информацию о структуре этих микрообъектов.
Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение). Источниками гамма-излучения являются также процессы в космическом пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик, квазаров, сверхновых звёзд.
Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, и энергия испускаемого гамма-кванта с точностью до незначительной энергии отдачи ядра равна разности энергий этих состояний (уровней) ядра. Энергия ядерного гамма-излучения обычно лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ и спектр этого излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии состояний (уровней) ядра.
При распадах частиц и реакциях с их участием обычно испускаются гамма-кванты с большими энергиями - десятки-сотни МэВ.
Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер вещества. Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной
February, 2022 Multidisciplinary Scientific Journal
749
частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.
Угловые распределения гамма-лучей из реакции (р,у) измерялись для
28
определения значения спина ряда резонансных состояний ядра Б1. Угловые распределения измерялись НРGe детектором (из сверхчистого германия) на расстоянии 7 см от мишени и при углах 0°, 45°и 90° относительно направления пучка. Спектры, полученные при каждом из этих углов, хранились в персональном компьютере. Последовательность 0° ^ 90° ^ 0° повторялась несколько раз, пока не набралась необходимая статистика обеспечиващая точность не хуже 3% и проверялись центровка детектора и затухание у-лучей.
Анализ данных методом наименьших квадратов в терминах полиномов Лежандра в выражении в) = 1 + А 2Р2+А 4^4) дал значения для коэффициентов корреляции А2 и А4. Результаты показаны в таблице 2.
Таблица 2. Нерезонансные уровни в 28Si
Настоящая работа Работа [3] Возбуждается при резонансах, Ер, кэВ
7415.2 ±2.0 7418.6 ±1.0a)
9478.5 ±2.5 9480.4 ±1.5
9765.0 ±2.2 9761.5 ±1.4
9793.8 ±2.0 679, 1262, 1381
9929.3± 2.0 9930 ±7
10514.9 ±2.0 979, 1662
10541.0±2.0 10540± 3
10598.2 ±2.0 10594±2.0 b)
10668.8 ±2.4 10668 ± 5
10884.1 ± 2.0 937, 1172, 1262, 1502
10901.5 ±2.0 10901 ± 3
10915.9 ±2.0 10915.7 ±1.3
10945.4±2.0 10945 ± 3
11078.1 ± 2.0 11077.5 ±1.3
11434.3 ±1.0 11432± 2 937, 1090, 1900, 2132
11434.6±1.5 1118, 1800, 1900, 2303
11778.8 ±1.5 1588, 1911
® О
750
Таблица 3. Коэффициенты угловых распределений гамма-лучей из реакции
97 98 98
Al(p,y) Si и выводы о спинах уровней Si
Ep, Значение спина уровня
Переходы A2 A4
кэВ Настоящая работа Работа[3]
406 г -> 4.62 г -> 8.59 0.14 ± 0.03 -0.23 ±0.14 -0.04 ±0.06 -0.28 ±0.21 2+, 3-, 4+ (4+)
-0.14
679 г -> 1.78 г -> 4.62 г -> 7.42 ±0.01 -0.09 ±0.02 -0.06 ±0.02 -0.01 ±0.03 -0.08 ±0.03 0.03 ±0.03 3 3+
-0.03
±0.07
742 г -> 1.78 г -> 8.90 г -> 9.50 г -> 10.60 г -> 10.72 -0.08 ±0.08 -0.17 ±0.06 -0.41 ±0.18 -0.03 ±0.08 -0.00 ±0.10 -0.10 ±0.11 -0.01 ±0.08 0.21 ±0.27 -0.16 ±0.11 1-, 2+ (2+)
-0.07
1025 г -> 1.78 г -> 7.80 г -> 8.26 ±0.03 -0.13 ±0.01 -0.11 ±0.09 0.04 ± 0.04 0.06 ±0.01 -0.06 ±0.14 2 (1+, 2)
-0.03
1213 г -> 1.78 г -> 6.69 ±0.02 0.19 ±0.03 -0.03 ±0.03 0.03 ±0.05 1+, 2+ 1-, 2+
® о
751
1328 r -> 1.78 r -> 4.62 -0.06 ±0.01 -0.06 ±0.05 -0.10 ±0.02 -0.07 ±0.07 2+, 3+ 2 - 4(2,3)+
1381 r -> 1.78 r -> 4.62 r -> 6.28 -0.10 ±0.01 -0.14 ±0.04 -0.09 ±0.12 0.01 ±0.01 -0.05 ±0.05 -0.00 ±0.14 2+, 3 (2,3)+
1388 r -> 1.78 r -> 6.28 -0.09 ±0.01 -0.08 ±0.06 -0.03 ±0.01 0.03 ±0.08 2+ 2+
1457 r -> 4.62 r -> 7.80 0.32 ±0.15 -0.33 ±0.08 0.05 ±0.19 -0.03 ±0.10 3" 3"
1502 r -> 1.78 r -> 4.62 -0.29 ±0.04 -0.24 ±0.12 -0.02 ±0.05 0.09 ±0.15 2, 3 2+
1520 r -> 1.78 r -> 6.88 -0.24 ±0.02 0.07 ±0.06 0.10 ±0.03 -0.04 ±0.07 2 2"
1566 r -> 6.89 r -> 7.80 r -> 9.32 -0.14 ±0.11 -029 ± 0.08 -0.27 ±0.05 0.09 ± 0.14 -0.09 ±0.10 0.09 ± 0.05
1588 r -> 1.78 r -> 4.62 r -> 6.28 -0.09 ±0.01 -0.08 ±0.03 0.05 ±0.08 -0.02 ±0.01 -0.00 ± 0.04 0.01 ±0.09
® ©
752
1911 r -> 4.62 r -> 6.89 -0.92 ±0.03 -0.25 ±0.03 0.19 ± 0.04 -0.02 ± 0.04 5+ 2+, 3- (3-, 4+)
1969 r -> 1.78 r -> 6.28 0.02 ±0.06 -0.17 ±0.10 -0.01 ±0.08 0.07 ±0.12 2 3 (2 - 4)
Количество импульсов, наблюдаемых под каждым углом, использовалось в качестве входных данных для компьютерной программы, рассчитавшей
„2 хМ (в м - хт/пч
значение Ц2 = ь4= И-. ,а .—) , где В - константа нормировки, а Щ0О
V АМ(О1) /
задается формулой:
вд = 1 + Ц 2 Л\?2.(С0 5 во + Ц4Л 4^4 ( СО 5 в±). Величины Q2 и Q4 являются коэффициентами затухания, учитывающими конечный размер детектора, и и являются теоретическими
коэффициентами, которые представляют собой функции параметров разрядки уровня и коэффициентов смешивания гамма-перехода.
Соответствующие параметры в теоретических выражениях для Л 2 и Л4 были систематизированы, чтобы найти минимумы х2 из Ц 2. Найденное значение спина считалось единственным, когда соответствующий находился ниже предела 0,1%, тогда как все остальные спины дали значения х 2выше этого предела.
Таблица 4. Коэффициенты смешивания прямого перехода с резонансного уровня спин которого был определен однозначно
f Up I Переход Коэффициент смещивания
679 35 r -> 1.78 r -> 4.62 r -> 7.42 0.36 ± 0.04 -1.70 ± 0.18 0 . 0 0 ±0.03
1911 5 r -> 4.62 r -> 6.89 1.43 ± 0.11 0.00 ±0.03
1969 2 r -> 1.78 r -> 6.28 0.27 ±0.05 -2.75 ± 1.00
Результаты и выводы измерений углового распределения показаны в таблице 3. Было обнаружено, что
® о
753
^ резонанса Ер = 679 кэВ 3+ [4]. Вывод о положительной четности сделан из анализа параметров разрядки уровня. Коэффициенты смешивания прямых переходов, которые дали единственные значения спины, показаны в таблице 4.
Сравнение некоторых экспериментальных результатов производилось с известными теоретическим расчетами [5,6]. Уровни Еур = 0, 1.78, 4.62 и 8.54 МэВ со следующими спинами и четностями J ж = 0+, 2 +, 4 + и 6 + считаются
членами вращательной полосы основного состояния аксиально-
28
симметричного четно - четного ядра Как было показано Давыдовым и др. [5,6], что нарушение аксиальной симметрии в четно-четных ядрах лишь незначительно влияет на спектр вращения осесимметричного ядра и в результате появляются новые уровни с I ж = 2 + 3+, 4 +.... Если отклонение от аксиальной симметрии невелико, то эти уровни лежат очень высоко. С другой стороны, если отклонение от аксиальной симметрии увеличивается, некоторые дополнительные уровни лежат намного ниже. Выражения для энергий и сильных переходов были получены Давыдовым и др. в терминах параметра у, который определяет отклонение формы ядра от аксиальной симметрии, собственного квадрупольного момента и энергетического параметра А.
Таблица 5. Энергия и интенсивность перехода в неаксиальном ядре 28
Начальный уровень, МэВ Переход h~ Вероятность Е2 перехода (в.е.)
Эксперимент Теория[7,8] Эксперимент Теория[7,8]
1.78 1.55 1.78 - 0 21+ - 0+ 13 4=1 14 ±1
4.62 4.90 4.62 - 1.78 41+ - 21+ 22 ±4 20 ±1
7.38 7.19 7.38 - 0 7.38 - 1.78 22+ -22+ - 0+ 21+ 0.3+ 0.1 2.2 ±0.6 0.9 ±0.1 3.6 ±0.2
8.54 9.76 8.54 - 4.62 61+ - 41+ >34 23 ± 2
Уровни Еур = 1,78, 4,62, 7,38 и 8,54 МэВ считались членами вращательной полосы 2+, 4 + 2 + и 6+неаксиально-симметричного ядра Квадрупольный момент уровня Еур = 1,78 МэВ равен 2+) = + 0,16 ± 0,03 е • Ь [9]. Поэтому внутренний квадрупольный момент @ 0 = -(0,62 ± 0,12) е •Ь для у = 180. Это значение для у дает
February, 2022 Multidisciplinary Scientific Journal
754
28
наблюдаемую спиновую последовательность в Si. Интенсивность нескольких Е2 переходов, рассчитанные с этими значениями у и @ 0, показаны в таблице 5. Энергии уровней были рассчитаны с приведенным выше значением у и А = 318 кэВ. Результаты показаны в таблице 6 и находятся в разумном согласии с экспериментальными значениями.
Сравнение некоторых экспериментальных результатов прозводилось с известными теоретическим расчетами [5,6]. Уровни Еур = 0, 1.78, 4.62 и 8.54 МэВ со следующими спинами и четностями J ж = 0+, 2 +, 4 + и 6 + считаются
членами вращательной полосы основного состояния аксиально-
28
симметричного четно - четного ядра Как было показано Давыдовым и др. [5,6], что нарушение аксиальной симметрии в четно-четных ядрах лишь незначительно влияет на спектр вращения осесимметричного ядра и в результате появляются новые уровни с I ж = 2 + 3+, 4 +.... Если отклонение от аксиальной симметрии невелико, то эти уровни лежат очень высоко. С другой стороны, если отклонение от аксиальной симметрии увеличивается, некоторые дополнительные уровни лежат намного ниже. Выражения для энергий и сильных переходов были получены Давыдовым и др. в терминах параметра у, который определяет отклонение формы ядра от аксиальной симметрии, собственного квадрупольного момента и энергетического параметра А.
Таблица 6. Энергия и интенсивность перехода в неаксиальном ядре 28
Начальный уровень, МэВ Переход h~ Вероятность Е2 перехода (в.е.)
Эксперимент Теория[7,8] Эксперимент Теория[7,8]
1.78 1.55 1.78 - 0 21+ - 0+ 13±1 14 ±1
4.62 4.90 4.62 - 1.78 41+ - 21+ 22 ±4 20 ±1
7.38 7.19 7.38 - 0 7.38 - 1.78 22+ -22+ - 0+ 21+ 0.3± 0.1 2.2 ±0.6 0.9 ±0.1 3.6 ±0.2
8.54 9.76 8.54 - 4.62 61+ - 41+ >34 23 ± 2
Уровни Еур = 1,78, 4,62, 7,38 и 8,54 МэВ считались членами вращательной полосы , и неаксиально-
симметричного ядра Квадрупольный момент уровня Е
ур
February, 2022 Multidisciplinary Scientific Journal
755
= 1,78 МэВ равен Ц( 2 = + 0,16 ± 0,03 е • Ь [9]. Поэтому внутренний
квадрупольный момент Ц 0 = - (0,62 ± 0,12) е • Ь для у = 180. Это значение для у
28
дает наблюдаемую спиновую последовательность в Si. Интенсивность нескольких Е2 переходов, рассчитанные с этими значениями у и Ц 0, показаны в таблице 6. Энергии уровней были рассчитаны с приведенным выше значением у и А = 318 кэВ. Результаты показаны в таблице 6 и находятся в разумном согласии с экспериментальными значениями.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных исследований подтверждены существование
53 резонансных, 15 нерезонансных уровней и установлены гамма-распад
28
(коэффициенты ветвления) резонансных и нерезонансных уровней ядра Si
27
возбуждаемые в реакции А1 (р,у) в энергетическим интервале налетающих протонов 0,3-2,0 МэВ. Четыре уровни с энергиями Еур = 9793,8 ± 2,0, 10513,5 ± 1,0, 10884,1 ± 2,0 и 11778,8 ± 1,5 кэВ установлены впервые. Установлено, что уровень при Еур = 11,43 МэВ является дублетом.
По результатам измерения углового распределения гамма-лучей определены или уточнены спины для 15 из наблюденных 68 уровней, определены коэффициенты смещивания мультипольностей для 7 прямых переходов разряжающих резонансные уровни.
Экспериментальные значения энергий четырех уровней и вероятности Е2
переходов разряжающие эти уровни сравниваются с расчетами по модели
28
Давыдова для неаксиального четно-четного ядра Si.
REFERENCES
1. C. Angulo et al. Nucl. Phys. A656 (1999) 3.
2. E.G. Adelberger et al. Rev. Mod. Phys. 83 (2011) 195.
3. Arazi et al., Nucl. Instr. and Meth. B 223 (2004) 259.
4. Арифов А.Я. и др. Относительная вероятность заселения изомеров в реакциях радиационного захвата. - Ядерная физика, т.34, вып.4, 1981, с. 10281043.
5. У.А.Фаулер. Экспериментальная и теоретическая ядерная астрофизика, поиски происхождения элементов. УФН,1983, т.145(3), с.441- 488.
6. Ядерная астрофизика. Под ред. Ч.Барнса, Д.Клейтона, Д.Шрамма. Пер. с английского,М.:Мир,1986.-519с.
February, 2022 Multidisciplinary Scientific Journal
756
7. Методика выполнения измерений удельной активности радионуклидов радия-226, тория-232, калия-40, цезия-137, стронция-90 в пробах продукции промышленных предприятий, предприятий сельского хозяйства и объектов окружающей среды. Инструкция по отбору проб из водных объектов и изготовлению счетных образцов Санкт-Петербург (2005). Свидетельство об аттестации 805/05. ФГУП ВНИИМ им Д.И.Менделеева.
8. Методика выполнения измерений плотности потока Радона-222 с различных поверхностей. ООО РАДЭК, Санкт-Петербург 2007. Свидетельство об аттестации №225/09. ФГУП ВНИИМ им Д.И.Менделеева.
9. Давыдов М. Г., Магеро В. Г., Тулухов А. В. Изомерные отношения выходов сечений фотоядерных реакций. - Атомная энергия, 1987, Т. 62, вып. 4, с. 232 -
243.
https://t.me/ares uz
Multidisciplinary Scientific Journal
February, 2022
