CC BY
13
ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ. 2009. № 3
39
Сечения многочастичных фотоядерных реакций на изотопах 203'205Т1
И.М. Капитонов, И. В. Макаренко"
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, физический факультет, кафедра общей ядерной физики. Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2.
E-mail: 11 iritia@deptii.sitip.msu.ru
Статья поступила 02.10.2008, подписана в печать 26.12.2008.
Проведен эксперимент по облучению естественной смеси изотопов 203-205Т1 тормозным пучком импульсного разрезного микротрона RTM-70 НИИЯФ МГУ при энергии электронов 67.7 МэВ. Измерены выходы и интегральные сечения многочастичных фотоядерных реакций на изотопах 203.205Т1. Ключевые слова: фотоядерные реакции, электромагнитные процессы и свойства, гигантские резонансы. УДК: 539.17. PACS: 25.20.-х, 24.30.-v, 13.40.-f.
В настоящее время многочастичные фотоядерные реакции, протекающие при энергиях фотонов выше максимума гигантского дипольного резонанса (30-100 МэВ), представляют собой практически не исследованную область. В работе представлены новые результаты экспериментального исследования многочастичных фотоядерных реакций на изотопах таллия. Эксперимент выполнен на тормозном пучке импульсного разрезного микротрона RTM-70 НИИЯФ МГУ [1].
Исследуемый образец был изготовлен из сульфата таллия TI2SO4 с естественным содержанием изотопов таллия и упакован в пластиковую ампулу. Размеры мишени составляли 1x1x1 см. Естественная смесь изотопов таллия содержит два стабильных изотопа: 203 Т1 (29.524 ±0.014%) и 205Т1 (70.476 ±0.014%).
Реакции (7, г«) на изотопе 203 Т1 и (7, (г + 2)п) на изотопе 205 Т1, где i = 1,2,3,..., приводят к образованию одних и тех же конечных изотопов таллия. Поэтому активность радиоактивных изотопов таллия, образующихся в результате фотоядерных реакций, позволяет рассчитать суммарные выходы вышеуказанных реакций на двух стабильных изотопах таллия 203,205 в дальнейшем приводятся суммарные выходы парных интерферирующих реакций 205Т1(7,(г + 2)га)205^2Т1 и 203 Т1 гга)203^'Т1.
Облучение образца было проведено при максимальной энергии тормозных фотонов 67.7 МэВ. Длительность облучения составила 4 ч. 7-Спектры наведенной активности измерены через 1 мин после облучения образца. Проведены 654 серии измерений 7-спектров остаточной активности облученного образца: 36 серий измерений длительностью по 10 мин, затем 503 серии измерений длительностью по 30 мин общей длительностью 10.8 сут непрерывных измерений. Также через 197 сут после облучения проведены 115 серий измерений по 1 ч общей длительностью 4.8 сут непрерывных измерений. Общая длительность экспозиции спектров составила 202 сут.
7-Спектры измерены в диапазоне энергий 7-квантов от 40 до 2980 кэВ. Пороги фотоядерных реакций на стабильных изотопах таллия 203 Т1 и 205 Т1, а также периоды полураспада образующихся в результате этих реакций ядер приведены в табл. 1 и 2 соответственно (для реакции 203 Т1 (7, 5га)198 Т1 приводится также период полураспада изомерного состояния ядра 198 Т1). Приведены данные для реакций, конечные ядра которых наблюдались в эксперименте.
В эксперименте наблюдаются фотонейтронные ре-
акции на изотопах таллия с образованием изотопов 197-202 а также реакция 205 Т1 (7, гар)203^.
Отметим, что наблюдение реакции 205Т1 (7, «)204Т1 не предполагалось, поскольку /3-распады конечного ядра данной реакции 204 Т1 происходят без испускания 7-квантов и не сопровождаются характеристическим рентгеновским излучением [2].
Таблица 1 Пороги фотоядерных реакций на изотопе 203Т1 и периоды полураспада конечных ядер
Реакция Порог реакции Период полураспада конечного изотопа
203Т1(7,«)202Т1 7.85 12.23 сут
203Т1(7,2я)201Т1 14.72 3.0421 сут
203Т1(7, Зя)200Т1 22.93 26.1 ч
203Т1(7,4«)199Т1 29.99 7.42 ч
203Т1(7,5я)198Т1 38.63 5.3 ч, 1.87 ч
203Т1(7,6я)197Т1 45.85 2.84 ч
Таблица 2 Пороги фотоядерных реакций на изотопе 205Т1 и периоды полураспада конечных ядер
Реакция Порог реакции Период полураспада конечного изотопа
205Т1(7,«)204Т1 7.55 3.78 лет
205Т1(7,2я)203Т1 14.20 стаб.
205Т1(7, Зя)202Т1 22.05 12.23 сут
205Т1(7,4«)201Т1 28.93 3.0421 сут
205Т1(7, 5я)200Т1 37.13 26.1 ч
205Т1(7,6п)199Т1 44.19 7.42 ч
205Т1(7,7«)198Т1 52.83 5.3 ч, 1.87 ч
205Т1(7, 8я)197Т1 60.06 2.84 ч
205Т1(7, пр)'т Hg 13.91 46.594 сут
На рисунке в качестве примера приведен фрагмент спектра, содержащий пики, соответствующие изотопу 202л (пики отмечены подписями).
ВМУ. Серия 3. ФИЗИКА. АСТРОНОМИЯ. 2009. № 3
40
Фрагмент 7-спектра, содержащий 7-переходы 202 Т1.
Длительность измерения 7.7 сут. Измерение начато через 9 ч 44 мин после окончания облучения
По интенсивностям 7-пиков в спектрах впервые рассчитаны выходы многочастичных фотоядерных реакций на изотопах таллия 203'205Т1 с вылетом из исходного ядра до 6-8 нуклонов. Расчеты проведены с учетом поправок на зависимость эффективности детектора от энергии фотонов и самопоглощение фотонов в исследуемом образце. Выходы реакций показаны во втором столбце табл. 3. Величины выходов нормированы на величину суммарного выхода реакций 203 Т1 (7, п)ш1\ и 205 Т1 (7, Зя)202Т1.
Таблица 3
Относительные выходы фотонейтронных реакций на изотопах таллия
Проведено сравнение полученных экспериментальных результатов с теоретическими оценками, выполненными в рамках модели [3]. Модель описывает фотопоглощение атомными ядрами в области энергий до мезонного порога с учетом двух конкурирующих механизмов фоторасщепления — через возбуждение гигантского дипольного резонанса и путем расщепления квазидейтронов. Результаты теоретических оценок выходов реакций показаны в третьем столбце табл. 3. Хорошее согласие полученных теоретических оценок с экспериментальными результатами подтверждает используемую модель.
Из анализа полученных данных по выходам многочастичных фотоядерных реакций на изотопах таллия были
получены новые данные по интегральным сечениям этих реакций.
Для оценки интегральных сечений фотоядерных реакций на изотопах таллия были использованы формы энергетической зависимости сечений реакций и соотношения между вероятностями парных интерферирующих реакций, полученные в работе [3]. Для получения абсолютной величины сечений данные были нормированы на экспериментальные значения интегральных сечений реакций (7, я)+ (7, 2п) на изотопах 203'205Т1, полученные в работе [4]. Результаты расчетов приведены в табл. 4.
Таблица 3 Интегральные сечения фотоядерных реакций на изотопах таллия
Реакция Интегральное сечение, МэВ • мб
203Tl(7,n)202Tl 2280 ± 70
203Tl(7,2n)201Tl 787 ± 260
203Tl(7)3n)200Tl 225 ± 23
203Tl(7,4n)199Tl 198 ±36
203T1(7,5«)198T1 112 ±30
203Tl(7,6n)197Tl 56 ±23
205Tl(7,n)204Tl 2240 ± 70
205Tl(7,2n)203Tl 923 ± 150
205Tl(7,3n)201Tl 240 ± 20
205Tl(7,4n)200Tl 206 ± 50
205Tl(7,5n)199Tl 126 ±30
205Tl(7,6n)198Tl 71 ±20
205Tl(7,«p)203Hg 20 ±7
В настоящей работе для области энергий до 67.7 МэВ получены новые экспериментальные данные по относительным выходам многочастичных фотоядерных реакций на изотопах таллия. Впервые получены абсолютные величины интегральных сечений многочастичных фотоядерных реакций на изотопах таллия s03'205^ Подтверждены предсказания теоретической модели [3] многочастичного фоторасщепления, учитывающей два конкурирующих механизма фоторасщепления — через возбуждение гигантского дипольного резонанса и путем расщепления квазидейтронов в ядре.
Работа выполена при финансовой поддержке Программы Президента РФ поддержки ведущих научных школ (гос. контракт № 02.513.12.0046) и РФФИ (грант 08-02-00620-а).
Список литературы
1. Shvedunov V.I., Ermakov A.N., Gribov I.V. et al. // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. Sec. A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2005. 550. P. 39.
2. Бобошин И.Н., Варламов В.В., Иванов ЕМ. и др. // Тр. Всерос. научн. конф. «Научный сервис в сети Интернет». 24-29 сентября 2001 г., Новороссийск. М., 2001. С. 19 (http://cdfe.sinp.msu.ru/services/ensdfr.html).
3. Ишханов B.C., Орлин В.Н. // Ядерная физика. 2008. 71. С. 517.
4. Antropov G.P., Mitrofanof I.E., Prokofev A.I., Russkikh V.S. // Izv. Kaz. Akad. Nauk. Ser. Fiz.-Mat. 1970. 34. P. 116.
Реакция Эксп. выход, отн. ед. Теор. выход, отн. ед. [3]
203Т1(7,п)202Т1 + 205Т1(7,3/г)202Т1 1.00 ±0.03 1.0000
203Т1(7, 2я)201Т1 + 205Т1(7, 4Я)201Т1 0.18 ±0.06 0.211
203Т1(7,3/г)200Т1 + 205Т1(7,5п)200Т1 0.029 ±0.003 0.032
203Т1(7,4/г)199Т1 + 205Т1(7,6п)199Т1 0.011 ±0.002 0.013
203Т1(7, 5Я)198Т1 + 205Т1(7, 7Я)198Т1 0.004 ±0.001 0.003
203Т1(7,6/г) 197Т1 + 205Т1(7) 8Я)197Т1 0.0012 ±0.0005 0.0008
205Tl(7,np)203Hg 0.0035 ±0.0012 0.0040
ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
41
Multiparticle photonuclear reaction cross sections in 203 205 T1 isotopes I.M. Kapitonov, I. V. Makarenko1
Department of General Nuclear Physics, Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University,
Moscow 119991, Russia.
E-mail: 11 irina@depni.sinp.msu.ru.
An experiment of natural mixture of 203'205xi isotopes irradiation with bremsstrahlung from the racetrack microtron RTM-70 SINP MSU with electron energy of 67.7 MeV was carried out. The yields and integral cross sections of multiparticle photonuclear reactions in 203305 T1 isotopes are measured.
Keywords: photonuclear reactions, electromagnetic processes and properties, giant resonances. PACS: 25.20.-x, 24.30.-v, 13.40.-f. Received 2 October 2008.
English version: Moscow University Physics Bulletin 3(2009).
Сведения об авторах
1. Капитонов Игорь Михайлович — д. ф.-м. п., профессор; тел.: 939-25-58.
2. Макаренко Ирина Витальевна — к. ф.-м. п., мл. научн. сотр.; тел.: 939-25-58, e-mail: irina@depni.sinp.rnsu.ru.
