УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ ГАММА-РЕЗОНАНСА ДОЛГОЖИВУЩИХ ЯДЕРНЫХ ИЗОМЕРОВ Российский патент 2009 года по МПК G01N23/06 G21K1/12 

Описание патента на изобретение RU2365904C1

Изобретение относится к области ядерной техники, более конкретно к устройствам для измерения формы микроспектра гамма-излучения, испускаемого при распаде долгоживущих изомерных состояний ядер, таких как изомерное состояние ядра, 109Ag с энергией 88,03 кэВ и средним временем жизни 57 с.

Известны устройства, основанные на применении эффекта Мессбауэра, с помощью которых исследуется форма микроспектра излучаемой (и поглощаемой) без потери энергии на отдачу ядер компоненты гамма-линии (Г.Вертхейм. Эффект Мессбауэра. Изд. «Мир», Москва, 1966). В этих устройствах данная задача решается путем сдвига энергии гамма-лучей источника относительно положения линии поглощения резонансного поглотителя. В подавляющем большинстве случаев этот сдвиг осуществляется с помощью эффекта Допплера, проявляющегося при движении источника относительно поглотителя со скоростью ν; при этом сдвиг равен ΔEγ=Eγν/c, где Еγ - энергия гамма-квантов, с - скорость света.

Наиболее близким к заявляемому устройству является техническое решение, осуществленное в опытах с гамма-лучами 67Zn (W.Potzel, C.Schäfer, M.Steiner et al., Hyperfine Interactions, v.72, p.197 (1992)). Естественная ширина гамма-линии этого нуклида равна 4,76×10-11 эВ, а энергия гамма-квантов равна 93,31 кэВ. Недостатком этого устройства является ограничение его разрешающей способности величиной 0,96×10-10 эВ.

Целью предлагаемого технического решения является создание гамма-спектрометрического устройства с использованием в качестве гамма-источников долгоживущих ядерных изомеров со средними временами жизни в возбужденном состоянии порядка минуты и более, что дает принципиальную возможность повысить на 7-8 порядков величины разрешающую способность существующих мессбауэровских спектрометров, работающих с нуклидом 57Fe.

Изомерное состояние ядра 109Ag имеет естественную ширину, равную ~10-17 эВ. Гравитационное поле вблизи поверхности Земли смещает положение гамма-резонанса изомера 109Ag на его естественную ширину при разнице вертикальных положении излучающего и поглощающего ядер в ~10-4 см. Магнитное поле Земли расщепляет гамма-линию 109mAg на 14 компонент, промежутки между которыми превосходят естественную ширину гамма-линии в ~106 раз. В металлическом серебре при температуре жидкого гелия (4,2 К) вероятность излучения (поглощения) гамма-кванта с энергией 88,03 кэВ без потери энергии на отдачу ядра составляет 0,0535, что позволяет вести с этими гамма-лучами мессбауэровские опыты, но не по стандартной методике создания допплеровского сдвига энергии линии испускания относительно положения линии поглощения, т.к. в этом случае потребовалась бы технически недоступная скорость источника относительно поглотителя, равная ~10-12 см/сек.

Многочисленные опыты последних лет, в том числе и выполненные нашей группой, показывают, что мессбауэровская гамма-линия изомера 109mAg если и уширена, то весьма незначительно - не более нескольких десятков раз. Это позволяет использовать гравитацию для измерения формы гамма-резонанса этого изомера.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом устройстве гамма-источник, представляющий собой пластинку высокочистого серебра с внедренными в нее термодиффузией атомами материнского нуклида l09Cd, помещен в криостат и охлажден до температуры жидкого гелия (4,2 К). Криостат находится на платформе, которая может поворачиваться вокруг горизонтальной оси в обе стороны на угол до 30 градусов относительно горизонтальной плоскости. Пучки гамма-квантов, испускаемых источником в противоположных направлениях параллельно плоскости платформы, регистрируются находящимися на платформе двумя германиевыми детекторами. Резонансное поглощение гамма-квантов происходит непосредственно в веществе источника, толщина которого составляет 0,5-1,0 мм. Оно максимально, когда регистрируемые пучки гамма-квантов горизонтальны. При наклоне платформы пучки отклоняются от горизонтали и это приводит к уменьшению вероятности резонансного поглощения гамма-квантов вследствие гравитационного сдвига гамма-резонанса, т.к. точки испускания и возможного поглощения гамма-квантов оказываются на разной высоте. С увеличением угла наклона растет ослабление резонансного поглощения гамма-квантов. Расчеты, проделанные для гамма-источника толщиной 1 мм, в который введен 109Cd с обеих сторон, причем средняя глубина внедрения кадмия равна 0,15 мм с каждой стороны, показывают, что угол отклонения гамма-пучка от горизонтали, соответствующий уменьшению резонансного поглощения вдвое, α1/2, определяется простой формулой:

α1/2=0,197k,

где k - фактор уширения мессбауэровской гамма-линии, а угол выражен в градусах.

Измерения зависимостей чисел отсчетов детекторов от угла наклона платформы позволяет получить данные о профиле гамма-резонанса, чем и достигается поставленная цель. Для повышения уровня достоверности полученных данных устройство снабжается следующими дополнительными деталями.

1. С обеих сторон серебряной пластинки устанавливаются вплотную к ней тонкие контрольные гамма-источники из 241Аm, излучающие гамма-лучи с энергией 59,54 кэВ. Поворот платформы не должен сказываться на регистрируемой интенсивности этих гамма-лучей.

2. Коаксиально криостату устанавливается пара колец Гельмгольца, включение тока через которые позволяет скомпенсировать в области расположения гамма-источников компоненту магнитного поля Земли, перпендикулярную регистрируемым гамма-пучкам. Это приводит к увеличению вероятности резонансного поглощения гамма-лучей в 2,5 раза. Периодическое включение и выключение колец Гельмгольца вызовет синхронное изменение регистрируемой интенсивности гамма-лучей серебра (но не америция), соответствующее изменению на 60% сечения резонансного поглощения.

Схема устройства показана на прилагаемом чертеже, где 1 - криостат, 2 - германиевые γ - детекторы, 3 - поворачивающаяся платформа, 4 - ось вращения платформы, 5 - кольца Гельмгольца, 6 - гамма-источники, 7 - опора криостата и колец Гельмгольца.

Похожие патенты RU2365904C1

название год авторы номер документа
ГРАВИТАЦИОННЫЙ ГАММА-СПЕКТРОМЕТР 2009
  • Давыдов Андрей Владимирович
RU2404441C1
СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ГАММА-ЛУЧЕЙ ДОЛГОЖИВУЩИХ ЯДЕРНЫХ ИЗОМЕРОВ 2008
  • Баюков Юрий Денисович
  • Давыдов Андрей Владимирович
  • Исаев Юрий Николаевич
  • Коротков Марк Михайлович
  • Самойлов Вадим Михайлович
RU2362185C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА-ПОГЛОТИТЕЛЯ ГАММА-КВАНТОВ 1992
  • Карташов Г.Р.
  • Алпатов В.Г.
  • Садовский А.А.
RU2035748C1
ГАММА-РЕЗОНАНСНЫЙ УЗЕЛ МЕССБАУЭРОВСКОГО СПЕКТРОМЕТРА 2007
  • Сарычев Дмитрий Алексеевич
RU2353951C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНОГО СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ДЕТЕКТОРА 2009
  • Сарычев Дмитрий Алексеевич
  • Сташенко Вячеслав Владимирович
  • Новиковский Николай Михайлович
RU2405174C1
Способ определения эффективности регистрации конверсионных электронов резонансными газонаполненными детекторами 1989
  • Вартанов Владимир Сергеевич
  • Земсков Борис Геннадьевич
SU1627945A1
Модулятор интенсивности пучка поляризованных гамма-квантов 1981
  • Смирнов Г.В.
  • Швыдько Ю.В.
  • Колотов О.С.
  • Погожев В.А.
SU1003683A1
МЁССБАУЭРОВСКИЙ СПЕКТРОМЕТР С РЕГИСТРАЦИЕЙ КОНВЕРСИОННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ СУБГЕЛИЕВЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 2016
  • Козин Михаил Германович
  • Ромашкина Ирина Леонидовна
RU2620771C1
Резонансный фильтр 1980
  • Иркаев Собир Муллоевич
  • Баранов Юрий Алексеевич
  • Морозов Вениамин Васильевич
SU896692A1
Способ исследования магнитных и электрических свойств кристалла по толщине 1982
  • Лабушкин В.Г.
  • Саркисов Э.Р.
  • Саркисян В.А.
  • Коваленко П.П.
  • Селезнев В.Н.
  • Прокопов П.Р.
SU1025226A1

Реферат патента 2009 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ ГАММА-РЕЗОНАНСА ДОЛГОЖИВУЩИХ ЯДЕРНЫХ ИЗОМЕРОВ

Изобретение относится к области ядерной техники, более конкретно к устройствам для измерения формы микроспектра гамма-излучения, испускаемого при распаде долгоживущих изомерных состояний ядер, таких как изомерное состояние ядра, 109Ag с энергией 88,03 кэВ и средним временем жизни 57 с. В устройстве для измерения формы гамма-резонанса долгоживущих ядерных изомеров пучки гамма-квантов от источника направлены в детекторы параллельно плоскости платформы. Источник помещен в криостат, выдерживается при обеспечивающей мессбауэровские условия температуре и выполнен в виде металлической пластинки из атомов, ядра которых имеют исследуемое изомерное состояние, с введенными в него атомами материнского нуклида. На платформе установлены криостат и детекторы. В зависимости от угла наклона пучков относительно горизонтальной плоскости измеряются интенсивности гамма-линий основного и вспомогательного нерезонансного гамма-источников. Наклон осуществляется путем поворота платформы. В каждой угловой позиции измерения могут быть проведены при естественном направлении магнитного поля Земли и при скомпенсированной дополнительным магнитным полем составляющей земного магнитного поля, перпендикулярной направлению регистрируемых гамма-пучков. Для компенсации поля Земли служит пара колец Гельмгольца, расположенная коаксиально криостату. Изобретение позволяет повысить разрешающую способность мессбауэровских спектрометров. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 365 904 C1

Устройство для измерения формы гамма-резонанса долгоживущих ядерных изомеров, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности гамма-спектрометрии, пучки гамма-квантов от помещенного в криостат и выдерживаемого при обеспечивающей мессбауэровские условия температуре источника в виде металлической пластинки из атомов, ядра которых имеют исследуемое изомерное состояние, с введенными в него атомами материнского нуклида, направлены в детекторы параллельно плоскости платформы, на которой установлены криостат и детектора, и в зависимости от угла наклона пучков относительно горизонтальной плоскости, осуществляемого путем поворота платформы, измеряются интенсивности гамма-линий основного и вспомогательного нерезонансного гамма-источников, причем в каждой угловой позиции измерения могут быть проведены при естественном направлении магнитного поля Земли и при скомпенсированной дополнительным магнитным полем составляющей земного магнитного поля перпендикулярной направлению регистрируемых гамма-пучков, для чего служит пара колец Гельмгольца, расположенная коаксиально криостату.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2365904C1

Мессбауэровский спектрометр 1983
  • Вахонин Михаил Евгеньевич
SU1158951A1
JP 62063844 А, 20.03.1987
DE 3732803 A1, 06.04.1989.

RU 2 365 904 C1

Авторы

Алпатов Владилен Григорьевич

Баюков Юрий Денисович

Давыдов Андрей Владимирович

Исаев Юрий Николаевич

Карташов Гавриил Романович

Коротков Марк Михайлович

Даты

2009-08-27Публикация

2008-01-18Подача