О ВЛИЯНИИ РЕЗОНАНСНОГО МЁСБА УЭРОВСКОГО ФИЛЬТРА НА РАСПАД ИЗОМЕРА 125mTe Текст научной статьи по специальности «Физика»

КРАТКОЕ СООБЩЕНИЕ

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА УДК 539.163.1; 539.172

О ВЛИЯНИИ РЕЗОНАНСНОГО МЁСБА УЭРОВСКОГО ФИЛЬТРА НА РАСПАД ИЗОМЕРА ,25тТе

А. А. Опаленко, В. И. Высоцкий, А. А. Корнилова

(.кафедра оптики и спектроскопии, кафедра физики твердого тела)

E-mail: tellurl25@mail.ru

Измерена кривая радиоактивного (р/а) распада ядра 125г" Те в окружении стабильных ядер 125 Те, представляющих собой резонансный мёссбауэровский экран. Тщательное исследование показало, что распад ядра 125г" Те следует обычному экспоненциальному закону с периодом полураспада 1\= 58 дней, без осцилляций. Наблюдение осцилляций на кривых р/а распада долгоживущего изомера 125г" Те, обладающего мёссбауэровским уровнем, является следствием методических ошибок измерения.

Проблема управления спонтанным распадом возбужденных и радиоактивных ядер является актуальной в фундаментальной и прикладной ядерной физике. Одним из самых перспективных методов решения этой задачи является использование системы идентичных резонансных ядер (резонансного экрана), находящихся в основном состоянии.

Впервые вопрос о прямом влиянии резонансного экрана на скорость спонтанного распада гамма-радиоактивных ядер и качественная теория такого влияния (за счет изменения спектра мод электромагнитного вакуума, окружающего возбужденные ядра) был рассмотрен в 1984 г. в работе [1]. В этой работе был проведен анализ возможности управления временем жизни ядер 119т5п с помощью резонансного экрана из невозбужденного изотопа 119 Эп. В работе [2] была опубликована общая квантово-электродинамическая теория влияния произвольной системы невозбужденных ядер на характеристики спонтанного гамма-распада. Из последовательной квантово-электродинамической теории, а также из всех без исключения экспериментов следовало, что учет влияния резонансных невозбужденных ядер приводит к изменению параметров спонтанного распада возбужденных ядер, но не изменяет монотонного экспоненциального характера такого распада.

В связи с этим интересны результаты недавно опубликованных работ [3, 4], в которых утверждается, что присутствие большого количества невозбужденных ядер вблизи каждого из возбужденных (или радиоактивных) приводит к немонотонному («осциллирующему») характеру их спонтанного распада. В частности, при исследовании спонтанного распада источника Ва119т5пОз автор наблюдал три характерных осцилляции интенсивности спонтанного распада за время £ = 1080-1100 дней. Более того, в работе [4], где спонтанный распад ядра 125 ЭЬ ис-

следовался в течение 600 дней, утверждается, что в определенные интервалы времени (до 30 дней) автор наблюдал процессы «ускорения распада, торможения распада, остановку распада и генерацию излучения». Мы решили провести контрольные измерения спонтанного распада изомера 125т Те в условиях, близких к тем, в которых проводились измерения [4].

С учетом того, что в работе [4] процесс аномального спонтанного распада исследовался на мёссбауэровском переходе ядра 125теТе с энергией Е1 = 35.6 кэВ, являющимся дочерним для ядра 125ЭЬ, целесообразно было исследовать не полный распад материнского ядра 125ЭЬ —> 125туе 125уе (имеющий период полураспада Тх/2 = 2.7 года), а только переход 125тТе —> 125Те, для которого Тг/2 = 58 дней.

Исследуемый источник представлял собой порошок теллурата магния и был изготовлен из теллура, обогащенного до 85% стабильным изотопом 124Те. Активация источника до 10 мКи (что соответствует наличию 1015 ядер 125теТе) производилась в реакторе тепловыми нейтронами. После процесса обогащения сырья изотопом 124 Те в источнике было около 9% изотопа 125 Те, что соответствовало количеству Ю20 ядер 125 Те в форме теллурата магния. Из этих оценок следует, что на каждое ядро 125теТе приходилось около 105 ядер 125 Те. Это соотношение удовлетворяет условию внутреннего «активного экрана» [4].

Спектр излучения изотопа 125тТе, полученный на сцинтилляционном детекторе с тонким кристаллом №Л(Т1), представлен на рис. 1 ,а. Большой пик соответствует наложению нескольких линий излучения теллура: рентгеновского излучения (линия Ка с энергией 27.4 кэВ, линия Кр с энергией 31.2 кэВ) и гамма-излучения мёссбауэровского перехода с энергией Е1 = 35.6 кэВ. Малый пик с энергией 7 кэВ

Скорость счета, имп 8-Ю4

6-10

4-10

2-Ю -

50 100 150 200

8 10

6Ю

4-10

2Ю -

100 150 200

Энергия излучения, каналы

Рис. 1. Спектр излучения р/а изотопа 125т Те: а — при стабильной работе регистрирующей аппаратуры, б — в условиях нестабильности

является характерным «пиком вылета» (escape peak) для гамма-излучения с энергией 35.6 кэВ, регистрируемым при вылете характеристического излучения Ка йода за пределы ецинтиллятора при поглощении гамма-квантов (Еев = Е1 — /-.'к,, = 7 кэВ). Отношение интенсивностей этих двух пиков обусловлено высоким значением коэффициента внутренней конверсии (Ne/Ny = 300) для изомерного уровня

125m Yg

Было проведено разложение полного спектра на два гауссовых пика: Nx и Ny. Временная зависимость интенсивности (площади) пика Nx представлена на рис. 2. На этом рисунке верхняя кривая соответствует предельно простой схеме эксперимента: источник-детектор. Нижняя кривая характеризует изменение интенсивности Nx при наличии на поверхности источника дополнительно резонансного поглотителя из теллурата магния, т. е. соответствует видоизмененной схеме эксперимента: источник -резонансный поглотитель - детектор. Присутствие дополнительно резонансного поглотителя делает

Интенсивность 6.0-106

5.5-10е

5.0-106

4.5-106

4.0-106

3.5-10е

10 20 30

Время, дни

Рис. 2. Кривая распада р/а изотопа 125т Те, регистрация рентгеновского излучения

схему более идеальной — поглотитель компенсирует недостаточность «внутреннего экрана» для ядер, лежащих на поверхности источника.

Из приведенных данных следует, что обе кривые изменяются одинаково и соответствуют экспоненциальному распаду с характерным для изотопа 125тТе периодом полураспада и 58 дней. Видно, что наличие дополнительного резонансного экрана для поверхностных ядер не влияет (в пределах точности эксперимента) на характер распада. В обоих случаях распад строго монотонный и без осцилляций.

Зависимость интенсивности пика Щ представлена на рис. 3. Здесь в течение первых 40 дней характер зависимости был аналогичен кривым на рис. 2, а затем на обеих кривых появились загадочные «осцилляции». Ситуация выглядела точно так, как в работе [4]. Объяснение этой «осцилляции» оказалось предельно простым: оба пика во время регистрации произвольно смещались относительно

Интенсивность 1 -10е

8-Ю5

8-Ю5

7 -105

6 -ю5

5 • 105 4-Ю5

СП

Чэ

V

О-,

XI

Ох,

ад ей

°ffw ~ о

ш QPb

ю

20 30

Время, дни

40

50

Рис. 3. Кривая распада р/а изотопа т Те, регистрация мё сбауэровского излучения

своего первоначального положения (рис. 1,6). Эти смещения были вызваны нестабильностью тракта регистрации, что является следствием изменения температуры окружающей среды, флуктуациями питающего напряжения, старением электроники в системе регистрации и т. д. Эти факторы не влияли на результаты измерений правого пика, поскольку при любых изменениях его положения площадь гауссова пика сохраняется, так как он остается в пределах окна дискриминатора. В то же время левый пик, который непосредственно примыкает к левой границе регистрации, оказывается очень чувствительным к флуктуациям: небольшие изменения его положения ведут к значительным изменениям площади пика (при смещении влево он выходит за пределы окна дискриминатора, что приводит к уменьшению интенсивности, а при смещении вправо начинает регистрироваться та часть пика, которая соответствовала области шумов, что приводит к увеличению интенсивности. В итоге эти изменения могут восприниматься как изменения скорости спонтанного распада.

Отсюда следует однозначный вывод о том, что все наблюдаемые «осцилляции» на кривой спонтанного

распада ядра 125теТе являются просто ошибками методики измерений.

В работе [4] использовалась мёссбауэровская методика измерения: узкое окно дискриминатора и развертка по каналам анализатора. Эта методика вполне подходит для получения мёссбауэровских спектров, где абсолютная интенсивность не играет существенной роли. Для измерения динамики спонтанного распада необходимо измерять абсолютную интенсивность и поэтому следует использовать либо спектрометрический тракт со стабилизацией положения пика, либо регистрировать весь спектр и обрабатывать только хорошо разрешенные пики.

Литература

1. Высоцкий В.И., Воронцов В.И., Кузьмин Р.Н. // Письма в ЖТФ. 1984. 10. С. 300.

2. Vysotskii V.I. 11 Phys. Rev. C. 1998. 58. C. 337.

3. Годовиков C.K. 11 Письма в ЖЭТФ. 1998. 68. С. 599.

4. Годовиков C.K. 11 Письма в ЖЭТФ. 2002. 75. С. 595.

Поступила в редакцию 04.06.03