Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики. Эффект Мёссбауэра (ядерный гамма-резонанс).

Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики

Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики слайд 14

Гамма-излучение ядер –коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны меньшей размера атома и большей размера ядра: 5 10 ^-14 м ≤ λ ≤ 2 10 ^{-10 м} . Энергия гамма-квантов лежит в интервале 10 Кэв ≤ E _γ ≤20 Мэв.

Рис.1.8 Схема -распада ядра йода . Три каскадных перехода возбужденного ядра в основное состояние сопровождаются излучением трех гамма-квантов с энергиями 0,7 Мэв, 0,66 Мэв, 0,54 Мэв соответственно.

Ядро переходит с возбужденного энергетического уровня на основной уровень(одноквантовый переход). Этот радиационный переход может быть каскадным, когда снятие возбуждения происходит путем последовательного испускания кванта с промежуточных уровней энергии. Спектр γ-излучения представляют в виде распределения γ-квантов по энергиям. Энергетический спектр ядра содержит дискретную и непрерывную компоненты.

При излучении γ-кванта возбужденное ядро испытывает отдачу. Из закона сохранения импульса импульс γ-кванта ране импульсу ядра:

p_γ = P_я.

Согласно закону сохранения энергии: разность между двумя уровнями энергии E ₀ равна энергии гамма-кванта E _γ и кинетической энергии ядра T _я при отдаче:

E ₀ = E _γ + T _я (1.46)

Кинетическая энергия ядра отдачи

Т _я = Р _я²/2 М _я = p_γ ²/2 М _я = E ₀²/2 М _я с ²≈ E _γ ²/2 М _я с ² (1.47)

Мала по сравнению с энергией гамма-кванта, который уносит почти всю энергию возбуждения ядра.

 

Эффект Мёссбауэра (ядерный гамма-резонанс). слайд 15

Ядерный γ-резонанс –испускание или поглощение γ-квантов атомными ядрами в твердом теле, без изменения колебательной энергии тела (Р. Мёссбауэр, 1958 г). Мёссбауэровские переходы наблюдаются у 73 изотопов 41 элемента.

При испускании или поглощении γ-кванта свободное неподвижное ядро приобретает импульс Р = Е _γ / с, где Е _γ –энергия γ-кванта. Энергия поступательного движения свободного ядра Т_я = Р ²/2 = E ₀²/2 М _я с ². Линии испускания и поглощения γ-квантов атомными ядрами в газах отличаются на величину 2 Т, и становятся широкими за счет теплового движения и эффекта Доплера.

Энергия отдачи закрепленного ядра Т _я уменьшается практически до нуля. Число соседних атомов N~10⁸. Доплеровская ширина γ –линий Δ =2(Т_яk_BT)^1/2 при температуре Т =77К, также уменьшается. Остается естественная ширина линии Г = ћ/τ.

Спектрометр для наблюдения эффекта Мёссбауэра состоял из источника γ-квантов, резонансного поглотителя и детектора γ-квантов. Источнику γ-квантов - изотопу иридия в возбужденном состоянии () сообщается скорость v относительно поглотителя. Энергия γ-квантов (Е _γ = 129 кэв) за счет эффекта Доплера меняется на величину Δ Е _γ= E ₀ v / c. Скорости в интервале 0,1÷10 см приводят к смещению линии на величину Г.. Поглотитель (Иридий) содержит те же ядра, что и источник, но в основном состоянии. Детектор γ-квантов считает число γ-квантов в единицу времени в зависимости от скорости источника. Если скорость источника велика, линия испускания далеко от линии поглощения и число регистрируемых γ-квантов постоянно. При малых скоростях источника линия источника проходит через линию поглощения, число регистрируемых γ-квантов падает, наблюдается резонансное поглощение. Таким образом, плавно меняя скорость, определяют местоположение и форму мёссбауэровской линии. см. Рис.1.9.

 

 

ЛЕКЦИЯ 2 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Классификация ядерных реакций.

Законы сохранения в ядерных реакциях.

Энергетическая схема ядерных реакций. Порог ядерной реакции.

Ядерные реакции под действием заряженных частиц.

Ядерные реакции под действием γ – квантов (фотоядерные реакции).

Реакции под действием нейтронов многочисленны: (n, γ), (n,p), (n,n’), (n, α), (n,2 n), (n,f).

Реакции деления тяжелых ядер.

Состав продуктов деления ядра и энергия деления.

Цепные реакции деления ядер урана. Формула для размножения в цепной реакции. Коэффициенты размножения. Формула четырех сомножителей

Термоядерные реакции. Термоядерный взрыв.

Ядерные реакции

1.4.1.Классификация ядерных реакций. Законы сохранения в ядерных реакциях. Энергетическая схема ядерных реакций. Порог ядерной реакции. Ядерные реакции под действием заряженных частиц. Ядерные реакции под действием γ – квантов (фотоядерные реакции).

 

Ядерные реакции слайд1

Ядерная реакция – процесс взаимодействия ядра и налетающей частицы, приводящий к преобразованию ядра и вылету из него других частиц. Это основной метод изучения структуры ядра, получения новых изотопов и элементов.