ПОГЛОТИТЕЛЬ ГАММА-КВАНТОВ Советский патент 1994 года по МПК G01T1/36 G01N24/00 

Изобретение относится к области прикладной ядерной физики.

В ряде физических экспериментов, где использется эффект Мессбауэра, требуются большая однородность среды, предсатвляющей собою источник гамма-квантов, и не менее однородная среда, в которой происходит поглощение гамма-квантов. Это особенно важно, когда приходится иметь дело с гамма-квантамми, обусловленными переходом ядер из возбужденных состояний, имеющих относительно большое время жизни и, следовательно, очень малую естественную ширину. Неоднородность излучающей и поглощающей сред вызывыает неоднородный изомерный сдвиг линий, что уширяет резонанс и приводит к чатсичному или полному подавлению процессов, связанных с эффектом Мессбауэра (например, возбуждение долгоживущих изомерных состояний, а также к уменьшению эффекта Мессбауэра до величин, недоступных исследованию современных экспериментальными методами. Подавление исследуемых процессов при измерениях с малой естественной шириной исследуемой гамма-линии может происходить и по ряду других причин: звуковые колебания (шумы) в окружающем пространстве, влияния магнитного поля и т. д. Во избежание влияния звуковых колебаний источник гамма-квантов и поглотитель стараются изготовить как единое целое в одной и той же среде, преимущественно в монокристаллической.

За прототип принят поглотитель, образующий единое целое с гамма-источником, изготовенный методом нанесения радиоактивного кадмия на поврехность пластины из монокристалла серебра с последующим внедрением кадмия внутрь пластины методом диффузии.

Недостатком его является то, что даже при длительном процесса диффузии и большой глубине проникновения активного вещества внутрь пластины не возможно получить однородное распрпделение активных ядер даже в тонком слое в направлении, перпендикулярном плоской поврехности пластины (на фиг. 2 направление АВ), т. е. в том направлении, в котором изучается процесс поглощения гамма-квантов. Это вызвано тем, что плотность распределения ядер в процессе диффузии в глубь пластины подчиняется закону
I(Z, t_диф) = ·l. где D - коэффициент диффузии;
t_диф - продолжительность диффузии;
Q - общее количество продиффундированного вещества.

Прототип обладеет еще и таким существенным недостатком, как невозможность обеспечить достаточно эффективную толщину поглотителя для пробега гамма-квантов, чтобы получить всегда необходимую в этих эксперимнтах оптимальную величину Мессбауэровского поглощения, так как толщина поглотителя ограничивается эффективной толщиной диффузионного слоя, который практически может составить лишь 0,1-0,2 мм.

Необходимо отметить, что диффузия радиоактивных атомов в глубь пластины происходит плоским фронтом от поверхности пластины параллельно этой поверхности. Поэтому плотность распределения радиоактивных атомов в радиальном направлении АС и в любой плоскости, параллельной торцовой поверхности пластины, одинакова.

Целью изобретния является обеспечение однородности распределения концентрации радиоактивных атомов при пробеге гама-квантов в среде поглотителя перпендикулярно поверхности пластины.

Цель достигается тем, что поглотитель гамма-квантов, представлющий собой пластину из монокристалла серебра с внедренными радиоактивными атомами, выполнен из полос прямоугольной формы, расположенных в одной плоскости, соединенных между собой, с внедренными по крайней мере в одну из соприкасающихся поверхностей полос радиоактивными атомами.

Посколкьу поглотитель содержит радиоактивные атомы, которые излучают гамма-кванты, он может поглощать их после пробега, равного его толщине, при этом пробег гамма-квантов происходит в направлении однородного распределения концентрации радиоактивных атомов.

на фиг. 1 дана схема распределения плотности радиоактивных атомов в плоскостях поглотителя, параллельных торцовой поверхности; на фиг. 2 - пластина, разрезанная на ряд параллельных полос с распределением в ней радиоактивных атомов; на фиг. 3 - полсоы разрезаненой пластины в раздвинутом положении; на фиг. 4 - то же, повренутые на 90^о; на фиг. 5 - поглотитель гамма-квантов с распределением в нем радиоактивных атомов (повернутые на 90^о полосы сдвинуты).

Поглотитель гамма-квантов содержит полосы прямоугольной формы, например, изготовленные из монокристалла серебра, с внедренными в него методом диффузии радиоактивными атомами, например, кадмия. Полосы расположены в ряд в одной плоскости и склеены с образованием единой пластины. Противоположные склеенные грани полос взаимно параллельны и перпендикулярны поверхности пластины.

Толщина платсины может быть выполнена заданной величины и определяется энергией гамма-квантов, излучаемых радиоактивными атомами.

Посколкьу поглотитель содержит радиоактивные атомы, которые излучают гамма-кванты, он может поглощать их после пробега, равного его толщине, при этом пробег гамма-квантов происходит в напарвлении одинаковой концентрации внедренного в него кадмия. При осуществлении условий, обеспечивающих Мессбауэровское поглощение, поглотитель обеспечивает измерение Мессбауэровского поглощения гамма-квантов в однородном поглотителе.

Поглотитель гамма-квантов может быть изготовлен следующим образом.

Пластину с внедренными в нее радиоактивными атомами разрезают на ряд параллельных полос необходимой ширины (см. фиг. 2). Затем каждую из полос поворачивают на 90^о вокруг линии разреза и полосы соединяют, образуя пластину, толщина которой равна ширине полос. Толщина может иметь любой заданный размер. Плотность атомов внутри пластины отражена на нижней части фиг. 2 плотностью штриховки.

Таким образом, в то время как в исходной пластине полосы однородны в направлении АС и неоднородны в направлении АВ (см. фиг. 1) в пластине, составленной из отдельных полос, полосы однородны в нужном направлении АВ, но неоднородны в направлении АС, что уже никакого значения для проведения эксперимента не имеет.

Изготовленный по указанной технологии поглотитель лишен недостатков, свойственных известному поглотителю.

Прдлагаемый поглотитель гамма-квантов по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества: возможность исследования Мессбауэровского поглощения гамма-квантов при прохождении их через среду с однородной концентрацией радиоактивных атомов: существенное увеличение длины пробега исследуемых гамма-квантов, что приводит к увеличению эффекта Мессбауэровского поглощения; существенное сокращение времени необходимого для выполнения эксперимента, поскольку это время обратно пропорционально квадрату измеряемого эффекта Мессбауэровского поглощения; сокращение времени проведения эксперимента, к чему приводит также и большая интенсивность излучения гамма-квантов, которая обеспечивается технологией изготовления поглотителя. (56) Бизина Г. С. и др. ЖЭТФ, 1969, т. 45, N 5 (11), с. 1408-1413.

Wildenr W. , Gonser V. A. new attempt to obsever the resonance in Ag¹⁰⁹. Journal de Physique Collogue C2. Suppelement an N 3, v. 40, mart 1979, p. 47-48.

Использование: физические измерения с использованием дефекта Мессбауэра. Сущность изобретения: поглотитель гамма-квантов содержит полосы прямоугольной формы, расположенные в одной плоскости и соединенные между собой, с внедренными по крайней мере в одну из соприкасающихся поверхностей полос радиоактивными атомами. Полосы вырезают из монолитной пластины с внедренными атомами, поворачивают на 90вокруг линии разреза и соединяют вместе. 5 ил.

ПОГЛОТИТЕЛЬ ГАММА-КВАНТОВ, представляющий собой пластину с внедренными в нее радиоактивными атомами, отличающийся тем, что, с целью обеспечения однородности распределения концентрации радиоактивных атомов при пробеге гамма-квантов в среде поглотителя перпендикулярно поверхности пластины, поглотитель выполнен из полос прямоугольной формы, расположенных в одной плоскости, соединенных между собой, с внедренными по крайней мере в одну из соприкасающихся поверхностей полос радиоактивными атомами.