Способ определения степени ориентации радиоактивных ядер Советский патент 1991 года по МПК G01T1/32 

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

Цель изобретения - расширение га исследуемых ядер, включая такие ядра, после распада которых путем электронного захвата образуются возбужденные ядра со спином 1/2 и 0, а также измерение как абсолютного значения степени ориентации, так и ее знак (что позволяет определять знак магнитного момента ядер).

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

Способ определения степени ориентации радиоактивных ядер включает измерение энергии гамма-квантов Е1 и Е2 соответственно под углом 0 и 180° к направлению магнитного поля, вычисление доплеровского сдвига dE как разности энергий этих двух гамма- линий (dE Е1 -F2) и определение степени ориентации материнских ядер по формуле

ОЭ СО

00 00

зэ ;о

1 .E/dE

такс

где dE

так

максимально возможный для данного ядра допле- ровский сдвиг гамма- линий .

Поскольку при электронном захвате пространственная четность нарушается на 100%, нейтрино испускается анизотропно 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 выпета нейтрино приобретает отдачу, которая, в свою очередь приводит к доплеровскому смещению гамма-кванта, излучаемого ядром. Величина этого смещения строго соответствует направлению вылета нейтрино и потому имеет такую же анизотропию относительно спина ядра, как и оно. Измерив гамма-спектры под различными углами 0 и 180° относи- тельно направления внешнего магнитнго поля и сравнив положение центров соответствующих гамма-линий, можно определить среднее значение допле- ровского сдвига для этих гамма-линии. Отношение этого значения к максимально возможному, 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 асимметрии перестает быть обязательным условием, и, следовательно, способ становится применяемым и к таки 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 о 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 эна

10

15

20

25

6333694

чение степени ориентации f 30-60%) 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 из известных способов измерить степень ориентации нельзя. Однако, нейтрино, испускаемое ядром при захвате им электрона, вследствие несохранения четности вылетает преимущественно в ту же сторону, противоположную спину ядра, и вероятность этого описывается как W 1 + В cos б

30

35

40

45

50

55

Е„

, где 0 - угол меклу спином ядра и импульсом нейтрино, В - коэффициент спин-нейтринной угловой 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 эВ, что, в свою очередь, приводит к доплеровскому смещению энергии гамма- кванта 477 кэВ, на величину лежащую, в зависимости от того, куда этот квант излучается, в интервале от -d до -t-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 If к оси Z, выражается следующим образом

W(tf) 1 + f -Bcos(f s/d..

Если произвести прецизионное измерение гамма-спектров такого ансамбля ядер под углом 0 и 180 к оси 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 « f.-B«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--B2/3. Определив из измеренных

спектров положение центров гамма- линий Е1 - F (0°) и R2 Е (180е), например, по методу моментов, и приравняв выражение Ј d-B2/3 полученному сдвигу dE, сможет найти степень ориентации ядер 7 Re: f dE/HE ma где dEma)(l- максимально возможный для данного ядра доплеровский сдвиг (dEma 2/ЗВ d 18,77 эВ).

В этом случае определяется не только абсолютная величина f, но и ее знак, что, в свою очередь, позволяет однозначно сказать, ориентируютс 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 го структурой локальных магнитных полей внутри кристаллов, с величиной магнитных моментов ядер и т.п.

Изобретение пригодно для измерения степени ориентации ра/шолкiип- ных ядер, распадающихся электронным захватом и не имеющих асимметрии гамма-излучения (например, 7Ве) л шкt- же для независимого контроля изнестных способов (например, для ядра

3369

56 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 самым, сделать существенный вклад в jg объяснение природы слабых взаимодействий.

Формула из. обретения

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

характеристик гамма-квантов измеряют энергию Е1 и Е2 гамма-квантов соответственно под углами 0 и 180° в направлении магнитного поля, вычисляют величину доплеровского сдвига dE

К1 Е2 и определяют степень ориентации ядер f как отношение полученной величины доплероьского сдвига dE к максимально возможному для данного ядра доплеровскому сдвигу гамма-лнний dEma(; по формуле f dE/dKmo r.

-1

О

-d

Cosfc)

wtol

f 0°{no полю)

9u.Z

W(/«0

-

Л 180° ( против поля)