Способ определения степени ориентации радиоактивных ядер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ Х

РЕСПУБЛИК (51) 5 С 01 Т 1/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4701276/25 (22) 06.06.89 (46) 07.03.91. Бюл. М 9 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) В ° Г.Егоров (53) 539.1.074(088.8) (56) Vanneste L. in "1.ow Temperature

Nuclear Orientation", eds. N.J. Stone and Н.Postma (North — Но1)and, Amsterdam, 1986), с11арter 3. N.5ечеrij ins et al. First Om-1.ine Beta-Decay Asymmetry Measurements of Orientad Nuclei. Proc of the ist Соп1, On-Line Nuclear Orientation (OLOND-1), Oxford, 68, 1-4, Sept. 1988, р.415-421.

Фингер M. Ориентация коротк< живуших радиоактивных ядер. устав нка

СПИН. — В сб . Современные методы ядерной спектроскопии./Под ред.

Б.С. Джелепова, К.Я.Громова. — Jf.: Наука, 1984, с.90-131.

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике низких энергий и может быть использовано при изучении распада ориентированных ядер.

Цель изобретения — расширение круга исследуемых ядер, включая такие ядра, после распада которых путем электронного захвата образуются возбуяденные ядра со спином 1/2 и О, а также измерение как абсолютного значения степени ориентации, -.àê и ее знак (что позволяет определять знак магнитного момента ядер).

„„SU„„1633369 А 1

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОРИЕНТАЦИИ РА11ИОАКТИВНИХ ЯДЕР. (54) Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть использовано при изучении распада ядер.

Цель изобретения — расширение круга исследуемых ядер и получение информации о знаке степени ориентации, которая достигается измерением энергий гамма-квантов, сопровождающих распад радиоактивных ядер, под двумя значениями углов 0 и 180 к направлению внешнего магнитного поля, в которое помещаются ядра. Степень ориентации радиоактивных ядер определяют как отношение величины лоплеровского сдвига этих энергий к максимальному значению доплеронс:кого сдвига, который возможен для данных ядер. Изобретение позволяет существенно расширить круг исследуемых ядер и количество получаемой информации. 2 ил.

На фиг. 1 и 2 даны графики, поясняюпгие предлагаемый способ.

Способ определения степени ориентации радиоактивных ядер включает измерение энергий гамма-квантов Е1 и Е2 соответственно под углом 0 и

180 к направлению магнитного поля, вычисление доплеровского сдвига dE как разности энергий этих двух гаммалиний (dF. = Fl -Е2) и определение степени ориентации материнских ядер по формуле

1633369

40

50

55 где dE „„„, - максимально возможный для данного ядра доплеровский сдвиг гаммалиний.

Поскольку при электронном захвате пространственная четность нарушается на 100Х» нейтрино ислускается аниэотропно относительно спина ядра, так же, как и бета-частицы в случае бета распада. При этом отношение фактической величины анизотропии к ее максимально возможной величине равно степени ориентации материнских ядер. Возбужденное дочернее ядро после вылета нейтрино приобретает отдачу, которая, в свою очередь приводит к доплеровскому смещению гамма-кванта, излучаемого ядром.

Величина этого смещения строго соответствует направлению выпета нейтрино и потому имеет такую же аниэотролию относительно спина ядра, как и оно. Измерив гамма-спектры под различными углами 0 и 180 относительно направления внешнего магнитного поля и сравнив положение центров соответствующих гамма-линий, можно определить среднее значение доплеровского сдвига для этих гамма-линии. Отношение этого значения к максимально воэможному, легко вычисляемому теоретически, дает искомую степень ориентации ядер. Так как в способе исследуется не пространственная асимметрия вероятности излучения гамма-квантов, а их энергетическое смещение, то наличие такой

1 асимметрии перестает быть обязательным условием, и, следовательно, способ становится лрименяемъпч и к таким распадам, в результате которых образуются ядра со спином 0 или 1/2.

Поскольку измеренный доплеровский сдвиг обязан своим происхождением не электромагнитному, а слабому взаимодействию, нарушающему пространственную четность» то его знак зависит от направления спина ядра, и, следовательно, позволяет определить знак степени ориентации ядер.

В качестве примера рассмотрено применение предлагаемого способа к ядру Be. Спин этого ядра равен

3/2 и, будучи помещенным в ферромагнитную матрицу, находящуюся в магнитном поле 10 кГс, ансамбль таких ядер должен поляризоваться до значительной степени (ожидаемое эначение степени ориентации f 30-607) но поскольку при распаде этих ядер отсутствует бета-излучение, а гамма-излучение пространственной асимметрии не имеет (так как спин возбужденного состояния равен всего лишь 1/2), ни одним иэ известных способов измерить степень ориентации нельзя. Однако, нейтрино, испускаемое ядром лри захвате им электрона, вследствие несохранения четности вылетает преимущественно в ту же сторону, противоположную спину ядра, и вероятность этого описывается как

W = 1 + В cos 0, где 9 — угол межру слином ядра и импульсом нейтрино,  — коэффициент спин-нейтринной угу. ловой корреляции, зависящий от типа взаимодействия, спиральности нейтри— но и спина ядра в начальном и конечном состоянии (В -1).

Образовавшееся дочернее ядро Li по закону сохранения импульса приобретает отдачу 11,3 ýÂ, что, в свою очередь, приводит к доплеровскому смещению энергии гамма- кванта F.„

= 477 кэВ, на величину лежащую, в зависимости от того, куда этот квант излучается, в интервале от -Й до +d где d = 28,16 эВ. При этом распределение вероятности такого смещения имеет вид, приведенный на фиг.1. Если рассмотреть весь ансамбль ядер, имеющих в направлении произвольной оси Z некоторую степень ориентации f, то распределение доплеровского смещения S энергии гамма-квантов, излучаемых под углом (g к оси Е, выражается следующим образом

W(lg) = 1 + Е Bcos g s/d., Если произвести прецизионное измерение гамма-спектров такого ансамбля ядер под углом 0 и 180 к осн Z (т.е. по ориентирующему магнитному полю и против него), то центры тяжести полученных гамма-линий Е1 и Е2 оказывается сдвинутыми от нулевого положения на величину +С, где С

Г В d/3 (фиг.2), Для реального гамма-детектора, имеющего функцию отклика F(E) с шириной, во много раз превышающей значение d, измеренная форма гамма-линий сильно отличается от распределения (фиг.2), но различие в положении их центров тяжести по-прежнему составляет dE 2С

f d"В2/3. Определив из измеренных

163 спектров положение центров гаммалиний F.1 F, (О ) и Е2 = E (180 ), например, по методу моментов, и приранняв выражение f д В2/3 полученному сдвигу dE, сможет найти степень ориентации ядер 7 Re:f (!Е/4Е П Ц)(( где ЙЕ,П вЂ” максимально возможный для данного ядра доплеровский сдвиг (dEeap< 2/ЗВ d = 18,77 эН).

В этом случае определяется не только абсолютная величина f, но и ее знак, что, н свою очередь, позволяет однозначно сказать, ориентируются ли ядра по магнитному полю или же против него, т.е ° положителен или отрицателен их магнитный момент.

Изобретение решает задачу измерения степени ориентации ансамбля радиоактивных ядер, поляризованных например, магнитным полем при сверхнизкой температуре. Решение ее позволяет глубже понять природу сверхтонких взаимодействий и полнее исследовать проблемы, связанные со структурой локальных магHHTHbfx иолей внутри кристаллов, с величиной магнитных моментон ядер и т.д.

Изобретение пригодно для измерения степени ориентации р,ijll1(71l; I ввных ядер, распадающихся электронным захватом и не имеющих асимметрии гамма-излучения (например, 7Ве) а акже для независимого контроля известных способов (например, для ядра

3369 6 b Со) . Кроме абсолютной величины степени ориентации, становится возможным измерять и ее знак, что в свою очередь, позволяет определять знак магнитных моментов ядер.

Изобретение позволяет более точно измерить спиральность нейтрино и, тем самьм, сделать существенный вклад в объяснение природы слабых взаимодействий.

Формула изобретения

Способ определения степени ориентации радиоактинных ядер, испускающих гамма-кванты, относительно направления воздействующего на них внешнего ориентирующего поля, включаю20 щий измерение характеристик гаммакнантон, отличающийся тем, что, с целью расширения круга исследуемых ядер и получения информации о знаке степени ориентации, в качестве

25 характеристик гамма-квантов измеряют энергию F.! и F2 гамма-квантов соответственно под углами 0 и 180 в нао правлении магнитного поля, вычисляют величину доплеронского сдвига dE

F1 — Е2 и определяют степень ориентации ядер f как отношение полученной величины доплеровского сдвига dE к максимально возможному лля данного ядра доплеровскому сдвигу гамма-ли35 нии dF. тпрр с по Апрмуле f = dL/dI: mo

Риг. 1

1633369

Составитель В.Костеров

Редактор О.Головач Техред А.Кравчук Корректор С.Шевкун

Заказ 616 Тиранит 304 Подписное

ВНИИПИ Государствечного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушсная наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ултород, ул. Гагарина, 101