2
ВВЕДЕНИЕ.
Проблема исследования спектров возбужденных состояний атомных ядер тесно связана с фундаментальной для ядерной физики проблемой взаимодействия нуклонов в ядре. Для выбора модели теоретического описания свойств ядер необходимы надежные модельно независимые схемы ядерных уровней. Одним из наиболее важных источников информации, необходимой для этой цели, является прецизионная ядерная спектроскопия. По разрешающей способности и точности определения энергий значительно выделяются кристалл-дифракционные гамма-спектрометры. В настоящее время, после мессбауэровских спектрометров, применимых вблизи ограниченного числа так называемых мессбауэровских переходов, они являются наиболее прецизионными. Поэтому гамма-спектроскопия с помощью фокусирующих дифракционных спектрометров стала одним из основных методов изучения сложных ядерных спектров. К ее достоинствам относится следующее:
1. анализируется непосредственно у-излучение, а не вторичные частицы, что имеет место в широко распространенных косвенных методах (магнитных, полупроводниковых и парных . спектрометрах);
2. форма линий симметричная, отсутствуют растянутые "хвосты", связанные с торможением вторичных частиц, что облегчает интерпретацию спектров;
3. разрешающая способность высокая, особенно в области малых энергий;
4. на кристалл-дифракционных спектрометрах
достигнута наибольшая точность измерения энергии у-излучения.
Основным препятствием к широкому использованию спектрометров с фокусировкой на изогнутом кристалле долгое время была их малая светосила. Для исследований требуются источники с высокой удельной активностью. С постройкой мощных высокопоточных реакторов эта проблема была решена.
В 1961 г. О.И.Сумбаевым и А.И.Смирновым [1-3] был создан кристалл-дифракционный у-спектрометр по Кошуа ГСК-2, предназначенный для исследования сложных спектров у-лучей, сопровождающих захват тепловых нейтронов ядрами атомов мишени, в диапазоне энергий 40 - 1000 кэВ.
Спектрометр ГСК-2 заработал вскоре после пуска реактора ВВР-М в Гатчине, и результаты первых измерений у-спектров из (п, у) -реакции были опубликованы в работах [4-5]. ;
Создание нескольких ядерно-спектроскопических установок на реакторе ВВР-М (установка для измерения мгновенных и задержанных у-у-совпадений, магнитный бета-спектрометр, бе (Ы) -детекторы) позволило провести в 1970-1982 годах комплексное исследование возбужденных состояний нечетно-нечетных ядер в области Ъ, Ы=50ч-82. С привлечением данных, полученных в результате совместных исследований на у-спектрометрах Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле, на ускорителях Института Макса
4
Планка в Гейдельберге и Технического Университета Мюнхена в Гархинге, были построены достоверные схемы нижних возбужденных состояний (до 1МэВ) ядер 11б1п, 122ЗЬ,
1281, -34Сз и 142Рг [6-11]. Главная особенность этих схем состоит в том, что почти все уровни, возбуждаемые в (п,у)-реакции, видны и в реакциях однонуклонной передачи, что позволяет интерпретировать эти уровни как члены р-п-мультиплетов, построенных на низколежащих одночастичных протонных и нейтронных состояниях. Схемы уровней разделяются на схемы уровней положительной и отрицательной четности, связанных малым числом Е1-переходов. Расчет расщепления мультиплетов остаточным взаимодействием, взятым в виде комбинаций вигнеровских, синглетных и тензорных сил, приводит к согласию с экспериментом в пределах 30-40 кэВ и позволяет сделать вывод о приблизительном постоянстве параметров взаимодействия вигнеровских и синглетных сил для различных ядер.
В последующие годы проведено существенное усовершенствование спектрометра: модернизированы основные узлы (изгибающее устройство, узел поворота оси кристалла, приемная щель детектора}; выбран специальный вырез кристалла, для которого отсутствует упругая квазимозаичность и другие типы деформации, приводящие к отклонению равновесной формы изгибаемой пластины от цилиндрической; улучшена методика юстировки кристалла; для повышения точности относительных измерений углов дифракции (энергий) спектрометр оснащен уникальным интерферометром на высокочастотных голографических решетках [12] . На спектрометре ГСК-2М получено (1980 г.) рекордное для
5
фокусирующих у-спектрометров угловое разрешение ^1" от всей апертуры и 0,63" от ограниченной [13]. Дальнейшее совершенствование узла приемной щели, методов контроля установки кристалла в изгибающем устройстве и методики юстировки кристалла позволило довести приборную ширину
л
у-линии при полной апертуре кристалла (40x30 мм ) до 0,34" и до 0,2" при ее ограничении (11x5 мм2) [14].
Возможность измерять на спектрометре у-лучи одновременно в пяти порядках отражения существенно повышает достоверность получаемых результатов.
В результате модернизации создан кристалл-дифракционный у-спектрометр сверхвысокого разрешения, на котором впервые в мире удалось провести прямые измерения у-спектра активной зоны атомного реактора в диапазоне энергий 95-250 кэВ. В гамма-спектре активной зоны реактора присутствуют у-линии нескольких сотен нуклидов, образующихся в процессе деления урана под действием нейтронов цепной реакции. Спектр этот чрезвычайно сложный, поэтому информация о у-переходах в конкретных нейтронноизбыточных ядрах долгое время извлекалась селективным путем. Создавались громоздкие масс-спектрометрические установки, позволяющие выделить микроколичества осколочной активности в узком диапазоне масс с последующим измерением на сцинтилля-ционном или полупроводниковом детекторе у-излучения. Разрешающая способность и точность определения энергии у-лучей при этом, как правило,' невелика. К тому же, не-
6
которые короткоживущие изотопы, распадаются на пути к детектору и не могут быть исследованы этим методом.
ГЛАВА 1
МОДЕРНИЗАЦИЯ КРИСТАЛЛ-ДИФРАКЦИОННОГО ГАММА-СПЕКТРОМЕТРА ГСК-2.
§1. Принципиальная схема гамма-спектрометра.
Различные варианты геометрии и кинематики фокусирующих' кристалл-дифракционных спектрометров описаны в ряде монографий и сборников {см., напр., [15-17]).
Наш спектрометр построен по варианту Кошуа [18].
Принцип действия спектрометра поясняется на рис. 1. Плоскопараллельная пластина, вырезанная из монокристалла кварца, изогнута по цилиндру радиуса р. Причем пластина вырезается таким образом, чтобы отражающие плоскости кристалла были перпендикулярны большим граням пластины. Тогда, после изгиба пластины, продолжения отражающих плоскостей пересекутся в центре кривизны пластины (точка О) . Проведем через центр пластины (С) и центр кривизны (О) окружность радиуса р=р/2. Эта окружность называется фокальным кругом. Любая точка этой окружности, например F, обладает следующим свойством:
угол 9 между прямой, проведенный из этой точки в точку пересечения одной из отражающих плоскостей с фокальным кругом и самой этой плоскостью будет постоянным для всего кристалла. Действительно, углы FCO, FC'О и FCO будут равны как вписанные, опирающиеся на одну дугу F0.
- Київ+380960830922