-2-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ..............................................................4
ГЛАВА I. МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ........................................11
§ 1. Получение и приготовление источников......................11
• • % • • i
§ 2. Спектрометр полного поглощения у-лучей....................13
§ 3. Методу-спектроскопии высокого разрешения..................17
ГЛАВА II. СТРУКТУРА СИЛОВЫХ ФУ 11КЦИЙ р*/ЕС-РАСПАДА
СФЕРИЧЕСКИХ ЯДЕР 1476-,49.i5iXb............................18
§1. Силовая функция p-переходов Sp(E)..........................18
§ 2. Сравнение силовых функций для Р'- и p^-переходов..........20
§ 3. Получение и приготовление р\а-источников |4?8ТЬ...........22
§ 4. Измерение спектра у-излучения l47gTb с помощью спектрометра полного поглощения у-лучей......................................22
§ 5. Анализ спектра у-излучения M7gTb и получение силовой
функции Sp(E)...............................................24
§ 6. Получение силовой функции из схемы распада для ,4?8ТЬ....25
§ 7. Исследование тонкой структуры силовых функций И7е,|49,151ТЬ....31
§ 8. Выводы....................................................36
ГЛАВА ill. СТРУКТУРА СИЛОВОЙ ФУНКЦИИ р7ЕС-РАСПАДА
ДЕФОРМИРОВАННОГО ЯДРА 160gHo................................37
§ 1. Радиоактивный распад ядер 160Ег—>160in,8Ho—>,60Dy.........37
§ 2. Ветвление IT/TOTAL при распаде изомера 1б0шНо(2‘).........40
§ 3. Получение величин ft из экспериментальных данных о схеме
распада 16°8Но(5+)..........................................46
§ 4. Структура силовой функции Р+/ЕС- распада ,60gHo...........47
§ 5. Обсуждение полученных данных о силовой функции
р'/ЕС- распада 160еНо.......................................49
§ 6. Выводы....................................................50
-3-
ГЛАВА IV. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ,60Оу В РАМКАХ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АТОМНОГО ЯДРА..............................................51
§ 1. Уровни положительной четности в 160Е>у............53
§ 2. Вероятности Е2-переходов между состояниями положительной четности в ,60Е)у......................................55
§ 3. Ротационные полосы в 1601)у.......................65
§ 4. Анализ возбужденных состояний 160Оу в рамках модели
взаимодействующих векторных бозонов.................88
§ 6. Выводы...........................................102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................104
ЛИТЕРАТУРА.................................................107
-4-
ВВЕДЕНИЕ
Силовая функция |3-переходов Sp(E) является одной из важнейших характеристик атомного ядра и представляет собой распределение квадратов модулей матричных элементов p-распадного типа по энергиям возбуждения ядра Е. При энергиях возбуждения Е до величины Qp (полной энергии р-распада) Sp(E) определяет характер p-распада и периоды полураспада (Т1/2) материнских ядер по ветке [3-распада, спектры Р-частиц и нейтрино, испускаемых при их Р-распаде, спектры у-лучей и электронов внутренней конверсии, возникающих в результате разрядки в дочерних ядрах возбужденных при p-распаде состояний, а также спектры запаздывающих частиц, сопровождающих p-распад [1]. При больших энергиях возбуждения, не достижимых при Р-распаде, Sp(E) определяет сечения различных ядерных реакций, зависящих от матричных элементов Р-распадного типа.
Вероятность P-перехода пропорциональна произведению лептонной части, описываемой функцией Ферми f(Qp - Е), и нуклонной части, описываемой Sp(E). Поскольку функция Ферми быстро убывает с ростом Е, интенсивность p-переходов при больших энергиях возбуждения Е, превышающих 2-3 МэВ, в средних и тяжелых ядрах как правило мала. Однако, с точки зрения структуры ядра и описания Р-распада наибольший интерес представляет характер Sp(E) при энергиях возбуждения, превышающих 2-3 МэВ. Именно начиная с энергий возбуждения Е > 2-3 МэВ в Sp(E) появляются резонансы, обусловленные структурой ядра и остаточным спин-изоспиновьш взаимодействием.
До недавнего времени в экспериментальных исследованиях структуры Sp(E) как в России, так и в зарубежных странах использовались спектрометры полного поглощения гамма-излучения и методы спектроскопии полного поглощения (TAS) [2-8]. Принцип TAS заключается в том, что сопровождающее p-распад у-излучение регистрируется большими кристаллами Nal в Лтс-геометрии. Если эффективность полного поглощения у-квантов достаточно велика, то в спектрах удается идентифицировать пики
-5-
полного поглощения, интенсивность которых определяется, лишь вероятностью заселения уровней при (3-распаде. Данным методом удалось экспериментально доказать резонансную структуру 8р(Е) для р-переходов Гамова-Теллера. В связи с этим следует упомянуть исследования спин-изоспиновых возбуждений при р '-распаде ядер с N > Z, которые были начаты на протонном ускорителе Ленинградского Института Ядерной Физики (ЛИЯФ) АН СССР в начале 80-х годов [7,9,10,11]. В исследованиях использовался метод ТА8 [7,8]. В результате этих исследований было установлено, что резонансная структура 8р(Е) является характерной особенностью р-распада ядер, удаленных от полосы |3-стабильности. Основное внимание было уделено изучению р-распада изотопов лютеция с А = 162 - 172 [10] и тулия с А = 157 - 163 [11]. Для этих изотопов были измерены 8р(Е) для энергий возбуждения вплоть до — 5.5 МэВ. Наиболее значимым результатом, полученным в [10,11], является выявление структурного характера силовых функций 8р+(Е) деформированных ядер. Как в вероятностях р'-переходов, так и в 8р+(Е) авторы наблюдали отчетливые максимумы. Во многих случаях ширина этих максимумов отличалась от приборной, следовательно, они обусловлены заселением большого числа близко лежащих состояний.
В продолжение исследований свойств коллективных возбуждений ядер группой ЛИЯФ в середине 80-х годов были проведены эксперименты по измерению 8р+(Е) методом полного поглощения у-лучей для нескольких нейтронодефицитных сферических ядер [12 - 15]. В указанных работах исследовался р”-распад для ряда нечетных изотопов диспрозия с массовыми числами А = 147, 149 и 151. В результате и здесь был выявлен структурный характер 8р+(Е) для всех трех изотопов с наблюдением отчетливых резонансов гамов-теллеровского типа с энергиями Ерсз. - 4.84, 1.82 и 1.73 МэВ, отсчитанных от энергий основных состояний соответствующих дочерних ядер.
-6-
Однако методы TAS имеют ряд недостатков, связанных с низким энергетическим разрешением спектрометров на базе Nal. В TAS спектрах удается определить один или два пика полного поглощения, часто возникают неопределенности, связанные с наличием изобарных примесей в анализируемом источнике, не удается разделить (3-переходы Гамова-Теллера и первого запрета, не удается измерить тонкую структуру Sp(E), часто возникают трудности в обработке спектров, в частности при учете внутренней конверсии электронов и идентификации пиков полного поглощения.
Поэтому, представляется весьма актуальным измерить Sp(E) с помощью методов ядерной спектроскопии высокого разрешения. Данная задача весьма трудоемка и до недавнего времени не представлялось возможным выполнить такие измерения. В последнее десятилетие, в связи с большим прогрессом в области получения моноизотопных радиоактивных препаратов и появления, полупроводниковых HpGe детекторов у-излучения, сочетающих в себе высокое энергетическое разрешение с приемлемой эффективностью, стало ВОЗМОЖНЫМ Проводить измерения S|}(E) с высокой достоверностью и высоким энергетическим разрешением. Это позволяет на качественно новом уровне детально исследовать Sp(E).
Нами впервые была решена задача определения Sp(E) и ее тонкой структуры с помощью методов ядерной спектроскопии высокого разрешения для (3+/ЕС-распада сферического ядра ,47вТЬ (Т1/2 = 1.6 ч, QEc = 4.6 МэВ) и деформированного ядра 1 8Но (Т,^ = 25.6 мин, QEC = 3.3 МэВ). Указанные ядра были выбраны в качестве объектов исследования вследствие достаточно большой величины QEc, достаточно больших периодов полураспада Тi/2 и существующей в ОИЯИ (Дубна) возможности эффективного получения моноизотопных радиоактивных источников высокой чистоты для данных ядер. В качестве источника в случае 1б°8Ыо использовался материнский ему изотоп ,60Ег(Т|я — 28.6 ч).
-7-
В ходе выполнения работы нами также были получены обширные новые экспериментальные данные о возбужденных состояниях и у-переходах между ними в четно-четном ядре |60Оу, отличающиеся предельной полнотой и высокой достоверностью. Дополнительно к известным в ядре 1б0Оу было обнаружено около 600 новых у-иереходов и установлено более 100 новых возбужденных состояний, уточнена и существенно развита схема распада |60т,8Но-»1б0Е)у. Вполне естественно, что эти данные требовали теоретического осмысления, и поэтому нами была поставлена цель и выполнен анализ указанных данных с использованием нескольких феноменологических моделей атомного ядра.
Все вышесказанное и определило цель настоящей работы, а также позволило считать выбранную тему актуальной.
Цель работы
1. Измерение силовых функций р+/ЕС-распада |4?8ТЬ и 16°8Но с помощью методов ядерной спектроскопии высокого разрешения и спектроскопии полного поглощения.
2. Получение и анализ данных о тонкой структуре силовых функций 14^,149,151-рь и 160еНо
3. Анализ и сопоставление силовых функций, полученных методами ядерной спектроскопии высокого разрешения и спектроскопии полного поглощения.
4. Сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими расчетами.
5. Анализ полученных экспериментальных данных о ядре тОу в рамках существующих феноменологических моделей атомного ядра.
Научная новизна
1. Методами ядерной спектроскопии высокого разрешения был подтвержден ярко выраженный резонансный характер силовых функций (3+/ЕС-распадов типа Гамова-Теллера.
-8-
2. Методами ядерной спектроскопии высокого разрешения было выявлено отсутствие выраженного резонансного характера силовой функции Р7ЕС-распада первого запрета для ядра 160еНо.
3. Впервые методы ядерной спектроскопии высокого разрешения были применены для измерения силовых функций (Г/ЕС-распада в широком диапазоне энергий возбуждения ядер.
4. Впервые получены и проанализированы данные о тонкой структуре резонансов в силовых функциях (ГУЕС-распадов типа Гамова-Теллера ядер |478ТЬ и 16°8Но.
5. Впервые получены и проанализированы данные о тонкой структуре силовой функции р7ЕС-распада первого запрета для ядра !6°8Но.
6. Впервые получены и проанализированы данные о расщеплении резонанса в силовой функции р7ЕС-распада типа Гамова-Теллера деформированного ядра 16°8Но.
7. Измерено ветвление ПТТОТАЬ при распаде изомера ,60тНо(2*) с периодом полураспада 5.02 часа.
8. В рамках Модели Взаимодействующих Бозонов (МВБ-1) выполнены расчеты энергий уровней положительной четности в ядре 160Оу и проведено сравнение с экспериментом. Выявлено, что указанная модель позволяет описать удовлетворительным образом лишь нижайшие состояния 160Пу. С ростом энергии возбуждения в значительной степени увеличивается расхождение теории и эксперимента.
9. Проведен анализ 16-ти ротационных полос с использованием для описания экспериментальных энергий уровней внутри полос четырех феноменологических формул, вытекающих из модели Бора-Моттельсона, <3-фононной модели, модели переменного момента инерции с динамической асимметрией, и формулы Бора-Моттельсона с членом, учитывающим кориолисово взаимодействие. Анализ позволил в общей сложности дополнить ротационные полосы 17-ю новыми уровнями из числа вновь обнаруженных состояний. Не подтверждено существование 0+-уровня с
I
-9-
энергией 1443.7 кэВ и соответствующей ему полосы. Введена новая полоса Кл = 0+ с головным уровнем 1708.2 кэВ. Все полосы примерно одинаково хорошо воспроизводятся всеми четырьмя феноменологическими формулами.
10. В рамках модели (МВБ-1) проведены расчеты приведенных вероятностей В(Е2) у-переходов между состояниями положительной четности в ядре !60Оу. Результаты сравниваются с данными эксперимента. Для большинства у-переходов с известными мультипольностями Е2 наблюдается хорошее согласие теории и эксперимента.
11. На основе Модели Взаимодействующих Векторных Бозонов (МВВБ) проведены расчеты и сравнение с экспериментом распределений энергий четырех групп возбужденных состояний в ,60Оу с Г = (Г, 2+, 4+, 6+ в зависимости от числа бозонов. Установлено, что указанные распределения имеют параболическую форму.
12. В рамках этой же модели (МВВБ) впервые получены выражения и проведен анализ для полосы основного состояния К* = 0+, Б-полосы Кп = (Г, у-вибрациониой полосы Кл = 2+ и двух октуполь-вибрационных полос с К'4 = Г и Кл = 2' Суммарное среднеквадратичное отклонение теоретических значений энергий от экспериментальных для всех полос составило Д = 9 кэВ на точку. Предложены новые выстраивания высоколежащих состояний в Б-полосе и полосе основного состояния. Установлено пересечение Б-полосы с полосой основного состояния вблизи энергии возбуждения порядка 4 МэВ (Г= 18 ' ). Сделан вывод о том, что в у-полосе по мере возбуждения ядра ,б0Оу при энергии возбуждения 3.5 МэВ (Iя = 15^) происходит изменение момента инерции ядра ](п) и, соответственно, квадрупольной деформации (З3.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
1. Усовершенствование спектрометра полного поглощения у-излучения, с обеспечением 471-геометрии.
2. Экспериментальные результаты измерения силовой функции Бр(Е) рУЕС-распада сферического ядра ,47вТЬ с использованием спектрометра полного поглощения у-излучения и моноизотопных источников.
- Київ+380960830922