Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00465 008170 11207273 na godz. na dobę w sumie
Badanie stanów izometrycznych Iπ = Kπ = 8- w jądrach trójosiowych metodami spektroskopii elektronów konwersji wewnętrznej i promieniowania γ - ebook/pdf
Badanie stanów izometrycznych Iπ = Kπ = 8- w jądrach trójosiowych metodami spektroskopii elektronów konwersji wewnętrznej i promieniowania γ - ebook/pdf
Autor: Liczba stron:
Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-8088-679-7 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> naukowe i akademickie >> fizyka
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

W monografii zaprezentowano badania własności stanu metastabilnego Iπ = Kπ = 8- w jądrach 130Ba, 132Ce, 134Nd i 184Pt przy wykorzystaniu techniki pomiarowej bazującej na spektrometrii elektronów konwersji wewnętrznej oraz gamma stosowanych w Środowiskowym Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego. Występowanie stanów metastabilnych w jądrach atomowych jest dosyć powszechnym zjawiskiem. Zidentyfikowano 2469 wzbudzonych stanów izomerycznych o półokresie rozpadu powyżej 10 ns. Jednym z rodzajów stanów metastabilnych są izomery K. Mechanizm rozpadu tych stanów izomerycznych, mimo wielu lat badań, nadal nie jest w pełni wyjaśniony. Przedstawione w tej pracy wyniki badań stanu izomerycznego Iπ = Kπ = 8- występującego w jądrach 130Ba, 132Ce, 134Nd i 184Pt oraz ich interpretacja teoretyczna pokazały, że analizując osłabienie wzbronienia dla przejść elektromagnetycznych w rozpadzie tych stanów, należy uwzględnić oprócz siły Coriolisa również nieosiowy kształt jąder. W publikacji zostały też opisane spektrometry elektronów konwersji wewnętrznej zbudowane w Uniwersytecie Łódzkim, a wykorzystane w tych badaniach.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

Jarosław Perkowski – Uniwersytet Łódzki, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Katedra Fizyki Jądrowej i Bezpieczeństwa Radiacyjnego, 90-236 Łódź, ul. Pomorska 149/153 RECENZENT Jan Kownacki REDAKTOR INICJUJĄCY Beata Koźniewska SKŁAD I ŁAMANIE Jarosław Perkowski KOREKTA TECHNICZNA Leonora Wojciechowska PROJEKT OKŁADKI Katarzyna Turkowska Zdjęcie wykorzystane na okładce: © Depositphotos.com/Vanzyst Wydrukowano z gotowych materiałów dostarczonych do Wydawnictwa UŁ © Copyright by Jarosław Perkowski, Łódź 2017 © Copyright for this edition by Uniwersytet Łódzki, Łódź 2017 Wydane przez Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego Wydanie I. W.08050.17.0.M Ark. druk. 10,625 ISBN 978-83-8088-678-0 e-ISBN 978-83-8088-679-7 Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego 90-131 Łódź, ul. Lindleya 8 www.wydawnictwo.uni.lodz.pl e-mail: ksiegarnia@uni.lodz.pl tel. (42) 665 58 63 Spis treści Podziękowania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 Rozdział 1. Spektroskopia elektronów konwersji wewnętrznej 15 1.1 Zjawisko konwersji wewnętrznej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2 Spektrometria elektronów konwersji wewnętrznej . . . . . . . . . . . 20 1.3 Przegląd spektrometrów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.4 Spektrometry skonstruowane w Uniwersytecie Łódzkim . . . . . 34 1.4.1 Spektrometr wykorzystywany w latach 2005–2012 . . . . 34 1.4.2 ULESE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Rozdział 2. Badanie izomerów K w jądrach o N = 74 i N = 106 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 2.1 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 130Ba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.2 132Ce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.3 134N d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.4 184P t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.5 2.6 Podsumowanie rezultatów eksperymentów . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Rozdział 3. Interpretacja teoretyczna wyników eksperymen- talnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.1 Rola oddziaływania Coriolisa w rozpadzie izomerów K . . . . . . 115 3.2 Wpływ trójosiowości jąder atomowych na rozpad izomerów K 124 3.3 Porównanie wyników eksperymentalnych z przewidywaniami modeli teoretycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Rozdział 4. Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Aneks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 O Autorze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5 Podziękowania Serdecznie dziękuję Panu Profesorowi Józefowi Andrzejewskiemu z Wydzia- łu Fizyki i Informatyki Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego za wieloletnią opiekę naukową, ogromną życzliwość i wszechstronną pomoc. Szczególne podziękowania składam Panu Profesorowi Chrystianowi Dro- ste z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego za wnikliwą recenzję uzyskanych przeze mnie wyników badań dotyczących izomerów K i nieoce- nioną pomoc w tworzeniu publikacji i napisaniu tej monografii. Serdecznie dziękuję dr. Julianowi Srebrnemu ze Środowiskowego Labora- torium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego (ŚLCJ UW) za twórczą inspirację do działania, entuzjazm i przekazaną wiedzę. Chciałbym również podziękować dr. hab. Leszkowi Próchniakowi z ŚLCJ UW za wykonanie obliczeń teoretycznych w ramach modelu HFB oraz po- moc w formułowaniu wniosków płynących z porównania danych ekspery- mentalnych z przewidywaniami teoretycznymi. Serdecznie dziękuję również Panu Profesorowi Janowi Kownackiemu z ŚLCJ UW za niezwykłą życzliwość i przekazaną wiedzę dotyczącą sto- sowanych metod w spektroskopii gamma. Chciałbym również podziękować osobom wchodzącym w skład konsor- cjum „EAGLE” za wszechstronną pomoc w przygotowaniu eksperymentów i ich realizację. Również bardzo dziękuję Dyrekcji ŚLCJ UW, jak i operatorom cyklo- tronu za stworzenie bardzo dobrych warunków dla wykonywania ekspery- mentów. Przedstawione w pracy badania izomerów K były finansowane z projektu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego nr N N202 181638 pt. „Bada- nie wpływu trójosiowości jąder atomowych na rozpad izomerów Kπ = 8− 7 Podziękowania w nuklidach o liczbie neutronów N=74 metodą wyznaczania współczynni- ków konwersji wewnętrznej” oraz projektu NCN w ramach konkursu OPUS 2 nr 2011/03/B/ST2/02660 pt. „Badanie K-izomerów za pomocą spektrome- tru elektronów”. Wstęp Występowanie stanów izomerycznych w jądrach atomowych jest dosyć po- wszechnym zjawiskiem. Zidentyfikowano 2469 wzbudzonych stanów izome- rycznych o półokresie rozpadu powyżej 10 ns [1]. Powstanie stanów me- tastabilnych może być wynikiem zmiany kształtu jądra pomiędzy stanem wzbudzonym a podstawowym, lub też dużej różnicy spinów między tymi stanami (np. o 8 jednostek  w 180T e), lub też zmiany orientacji przestrzen- nej wektora całkowitego momentu pędu jądra. Rzut całkowitego momentu pędu jądra na jego oś symetrii jest zwyczajowo oznaczany dużą literą „K”, w związku z czym ten ostatni rodzaj stanów metastabilnych jest określany mianem izomerów K. Liczba kwantowa K określa właśnie rzut całkowitego momentu pędu jądra na tą oś [2]. Ten typ izomerów można znaleźć w jądrach zdeformowanych o kształcie piłki do rugby (z ang. prolate) charakteryzują- cymi się strukturą daleką od zamkniętych powłok neutronowych lub pro- tonowych. Mechanizm rozpadu tych stanów izomerycznych mimo wielu lat badań nadal nie jest jasny [2–5]. Jeśli liczba kwantowa K jest dobrą liczbą kwantową powinna ona być zachowana podczas deekscytacji wzbudzonych stanów jądrowych zgodnie z regułą określoną równaniem 1 [3]. λ ∆K = |Ki − Kf| (1) gdzie: λ jest multipolowością przejścia, pochodzącego z rozpadu stanu izo- merycznego, natomiast Ki i Kf są to liczby kwantowe K określające stan początkowy i końcowy jądra. Jednakże proces deeksytacji jest obserwowany dla takich przejść, więc są one nie tyle wzbronione, co silnie tłumione, co jest uwidocznione poprzez wydłużenie czasów życia tych stanów wzbudzonych. Powodem takiej sytu- acji jest fakt, że liczba K nie jest „dobrą” liczbą kwantową i funkcje falowe opisujące wzbudzone stany jądrowe oprócz wartości nominalnych zawierają 9 Badanie stanów izomerycznych I π = Kπ = 8−... również domieszki o innych wartościach tej liczby [2,3]. W związku z powyż- szym prawdopodobieństwo deekscytacji danego poziomu może być opisane przez części funkcji falowych o takich wartościach liczby K, dla których powyższe równanie 1 jest spełnione. W celu określenia ilościowego jak bardzo dane przejście radiacyjne jest wzbronione wprowadza się stopień wzbronienia ν zdefiniowany następują- co [4, 5]: ν = ∆K − λ (2) Wprowadza się również współczynnik wzbronienia F, który pokazuje w jakim stopniu przejście jest spowolnione w porównaniu z przewidywania- mi opartymi na modelu jedno-cząstkowym jądra atomowego, a wyrażonymi przez wzory Weisskopfa [5, 6]: F = T p 1/2 T W 1/2 (3) gdzie: T p 1/2 jest parcjalnym półokresem życia dla danego przejścia, natomiast T w 1/2 jest wartością obliczoną na podstawie wzorów Weisskopfa. W celu lep- szego porównania otrzymywanych wartości dla różnych jąder atomowych wprowadza się zredukowany współczynnik wzbronienia fν zdefiniowany na- stępująco [4, 5]: fν = F 1/ν (4) Za powstanie domieszek o różnym K w funkcji falowej danego stanu mo- że odpowiadać oddziaływanie Coriolisa pomiędzy nukleonami tworzącymi dany stan wzbudzony a rotującym rdzeniem. Jednakże również trójosiowość oznaczona parametrem γ opisująca nie osiową deformację jądra [2, 3] mo- że być odpowiedzialna za powstanie tych domieszek. Wartość parametrów β , 0 γ = 0◦ odpowiada sytuacji, gdy dane jądro jest osiowo zdeformowane, natomiast im większa jest jego wartość (aż do 30°) tym większe odstępstwo od symetrii osiowej i przejście do kształtu nieregularnego [6, 7]. Typowym przykładem izomeru K jest stan w jądrze 180Hf, gdzie występuje stan izo- meryczny o czasie połowicznego rozpadu 5.5 godziny i energii 1.1 MeV [8]. Ten stan jest opisany poprzez I π = Kπ = 8−, a rozpada się między innymi do stanu o K = 0 i spinie 8+ poprzez emisję kwantu γ o energii 58 keV i multipolowości przejścia E1 (λ = 1). Oznaczenie Kπ = 8− określa, że 10 Wstęp wartość dominującej składowej liczby K wynosi 8. Przejście to jawnie łamie regułę podaną w równaniu 1. Celem prezentowanych w tej pracy badań było poznanie własności sta- nu izomeryczny I π = Kπ = 8− występujący w jądrach atomowych o liczbie neutronów odpowiednio 74, 106 i 150, co odpowiada liczbie masowej około A=130, A=180 i A=250. Ten izomer K występuje w jądrach zdeformowa- nych typu „prolate” i jest interpretowany w oparciu o zdeformowany model powłokowy (model Nilssona) jako stan dwucząstkowy (neutronowy) o na- stępującej konfiguracji dla [4, 5]: ν7/2[404] ⊗ ν9/2[514] ν7/2[514] ⊗ ν9/2[624] ν7/2[624] ⊗ ν9/2[734] dla N = 74 dla N = 106 dla N = 150 W ramach modelu powłokowego we wszystkich przypadkach mamy do czynienia z jądrami charakteryzującymi się 24 neutronami poza zamkniętą powłoką. Stan izomeryczny o podobnej strukturze powłokowej, ale inter- pretowany jako stan dwuprotonowy można znaleźć w izotopach wolframu, dla którego liczba atomowa wynosi Z=74 [9]. Półokresy życia tych stanów izomerycznych wahają się od kilkunastu sekund do pojedynczych ns [8]. Wy- kres obrazujący półokres rozpadu stanów I π = Kπ = 8− w funkcji energii wzbudzenia tych stanów jest przedstawiony na rysunku 1. We wszystkich przypadkach stany I π = Kπ = 8− rozpadają się mię- dzy innymi poprzez przejścia elektromagnetyczne rodzaju E1 łączące je ze stanami 8+ z pasma stanu podstawowego o K = 0. W tych przypadkach stopień wzbronienia ν obliczony według wzoru 2 wynosi 7. Oprócz przejść E1 obserwuje się również przejścia o wyższej multipolowości nie tylko do tego pasma rotacyjnego, ale również do pasma quasi-gamma. Możliwe drogi rozpadu badanego stanu izomerycznego I π = Kπ = 8− są pokazane odpo- wiednio dla jąder o liczbie neutronów 74 i 106 na rysunku 2 i 3. W obu przypadkach można zaobserwować zależność pomiędzy różnicą energii sta- nów 8− i 8+ a półokresem życia stanu izomerycznego. W celu scharakte- ryzowania własności danego izomeru K niezbędna jest pełna informacja o wszystkich możliwych drogach rozpadu. W tym celu istnieje potrzeba po- znania mutlipolowości przejść elektromagnetycznych rozładowujących ten stan izomeryczny. 11 Badanie stanów izomerycznych I π = Kπ = 8−... Celem badań podjętych przez autora pracy była chęć poznania mecha- nizmów odpowiedzialnych za rozpad izomerów K, a w szczególności roli jaką odgrywa w nich trójosiowość. W celu poznania wpływu odstępstwa kształtu jądra od symetrii osiowej podjęto badania rozpadu stanu izome- rycznego I π = Kπ = 8− występującego w jądrach atomowych o liczbie neutronów N = 74: 130Ba, 132Ce, 134N d oraz o N = 106 w 184P t. Wszystkie te jądra charakteryzują się deformacją typu prolate i wartością parametru γ = 20 ÷ 25◦. Badania wykonano za pomocą połączonej spektrometrii elek- tronów konwersji wewnętrznej i kwantów γ. Zastosowanie jednocześnie obu tych spektrometrii pozwoliło na wyznaczenie multipolowości przejść radia- cyjnych rozładowujących izomer K, a co za tym idzie obliczenie parcjalnych czasów życia, współczynników wzbronienia F i ich zredukowanych warto- ści fν. Rysunek 1. Półokresy życia izomerów K o K = 8 w funkcji energii wzbudzenia występu- jące w jądrach atomowych o liczbie neutronów: 74, 106 i 150 oraz dla izotopów wolframu (Z=74) [8]. Źródło: oprac. własne. 12 Wstęp Rysunek 2. Energie poziomów 8−, 8+, 6+ i 5+ w jądrach o N = 74, gdzie występuje stan izomeryczny I π = K π = 8− (lewa skala) oraz różnica energii stanów 8− i 8+ jest przedstawiona w postaci czarnych kwadratów wraz półokresami rozpadu [8] (prawa skala). Źródło: oprac. własne. Rysunek 3. Energie poziomów 8−, 8+ (lewa skala) oraz ich różnica oznaczona podobnie jak poprzednio za pomocą czarnych kwadratów (prawa skala) w jądrach o liczbie neutronów 106, gdzie występuje stan izomeryczny I π = K π = 8− [8]. Źródło: oprac. własne. 13 Badanie stanów izomerycznych I π = Kπ = 8−... Charakterystyka spektroskopii elektronów konwersji wewnętrznej oraz opis wykorzystanych w pomiarach spektrometrów został przedstawiony w Rozdziale 1. Rozdział 2 prezentuje wyniki doświadczalne. Ostatnia część pracy jest próbą interpretacji teoretycznej otrzymanych wyników wykorzy- stując model jądra atomowego Davydova-Filipova [10], który to pozwala ocenić rolę trójosiowości jądra w rozpadzie izomerów K. Określony został również wpływ konkurencyjnego mechanizmu w postaci oddziaływania Co- riolisa. Aneks zawiera kody programów napisanych przez autora pracy w ję- zyku „C++” użytych do analizy danych eksperymentalnych i opracowań teoretycznych.
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Badanie stanów izometrycznych Iπ = Kπ = 8- w jądrach trójosiowych metodami spektroskopii elektronów konwersji wewnętrznej i promieniowania γ
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: