Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
6°. В ряде случаев время жизни ядра в возбужденном состоянии может значительно превышать обычно наблюдаемые времена. Для таких метастабильных возбужденных состояний ядра оно может доходить до многих лет. В зависимости от свойств уровней энергии ядер и разности энергий между уровнями, величина времени жизни ядра в метастабильном состоянии может изменяться в очень широких пределах. Например, у нептуния известно время жизни возбужденного ядра, соответствующее периоду полураспада 5500 лет. Разновидности одного и того же изотопа, обнаруживающие наряду с периодом полураспада, соответствующим обычному гамма-переходу, также период, отвечающий гамма-переходу из метастабильного возбужденного состояния, называют ядерными изомерами. Ядерные изомеры данного изотопа имеют различные значения спина.
7°. Явление ядерной изомерии объясняется оболо-чечной моделью ядра возникновением в ядрах с почти заполненными нуклонными оболочками (при N и Z вблизи магических чисел) возбужденных состояний с квантовыми числами I, сильно отличающимися от I для основных состояний ядер. В связи со значительным различием волновых функций возбужденного и основного состояний в этом случае вероятность перехода между ними оказывается малой, а время жизни в возбужденном состоянии — большим. Опыт показывает, что ядерная изомерия действительно наблюдается лишь для NnZ, имеющих значения вблизи (меньше) чисел 50, 82, 126, где возникают «острова изомерии».
8°. Свободное атомное йдро, поглощая у-фотон и переходя из основного состояния f в возбужденное состояние п, испытывает отдачу так же, как и при испускании у-фотона в случае обратного перехода (п. 1°). Существенно, что энергия испускаемого фотона Ekcyi = Zivlicrr и энергия поглощаемого фотона Enorjl = Zivnora
VII.2.5. ПРОХОЖДЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
887
не равны друг другу и отличны от энергии E = En-Ef рассматриваемого у-перехода ядра:
Еисп -E- Totд, Enorjl — E + Тотд,
и
F2
Ецогл E исп ^(^ ПОГЛ ' v„ru) ^^отд — Т*~ *
о
Эта величина во много раз больше естественной ширины Г даже первых возбужденных энергетических уровней атомных ядер. Поэтому на свободных атомных ядрах невозможно резонансное поглощение у-излучения:
(^ПОГЛ VH('n) ^ J1 ~ ’
где т — время жизни ядра в возбужденном состоянии.
9°. Резонансное испускание и поглощение у-фотонов атомными ядрами, называемое эффектом Мёссбауэра, наблюдается в кристаллических твердых телах. В кристалле энергия отдачи ядер преобразуется в энергию колебаний кристаллической решетки. Этот процесс — статистический, причем есть отличная от нуля вероятность того, что импульс отдачи передается не отдельному ядру, а всему кристаллу. Именно за счет таких переходов атомных ядер «без отдачи» (Тотд = 0) и осуществляется эффект Мёссбауэра.
Чрезвычайная малость естественных ширин многих гамма-линий по сравнению с энергией гамма-пе-реходов позволяет использовать эффект Мёссбауэра для проведения тончайших экспериментов (с чувствительностью порядка Г/Е, достигающей 10 16). Этот эффект применяют для измерения сдвига частоты фотонов в гравитационном поле, для измерения весьма малого зеемановского расщепления ядерных уровней энергии и т. п.
5. ПРОХОЖДЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО
1°. Заряженные частицы и у-излучение, проходя через вещество, взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами его атомов. Эти взаимодействия приводят к упругому рассеянию частиц и квантов, неупругому
888
VII.2. РАДИОАКТИВНОСТЬ
рассеянию, сопровождающемуся возбуждением и ионизацией атомов,-возбуждением ядерных реакций, а также к нарушениям структуры вещества, называемым радиационными повреждениями.
2°. Потери энергии заряженными частицами при прохождении в веществе на ионизацию и возбуждение атомов называют ионизационными; потери энергии на тормозное излучение называют радиационными. Обычно находят удельные потери энергии частиц, рассчи-
dT
танные на единицу их пути в веществе: — — , где T —
dx
кинетическая энергия частицы. Удельные ионизационные потери [ — — ] для тяжелой заряженной части-
^ dx ''ион
цы массой M (протон, а-частица) в области значений энергии T частицы от нескольких МэВ до десятков и сотен ГэВ прямо пропорциональны произведению квадрата заряда ze на концентрацию пе электронов в веществе и зависит от скорости v частицы, а также (значительно слабее) от средней энергии (I) ионизации атомов вещества, равной (I) = 13,5Z, где Z — атомный номер вещества:
dT Л _ 4nr\ekze4zz ( 2TtieV2
(AT \ =4nr),feW, 2mev‘_ Л
I dx Jhoh TTieV2 I (7)(1-P2) )
где га, — масса электрона, к = —-— .
4пе0
С ростом энергии частицы в нерелятивистской области скоростей V (Т Mc2) удельные ионизационные потери сначала быстро падают (пропорционально 1/Т). Затем при дальнейшем увеличении T это падение
замедляется. При T ~ Mc2 величина Г] дости-
V dx
ИОН
гает минимума и дальше медленно увеличивается с ростом Т.
При малых скоростях заряженных частиц v < IO6 м/с (средняя скорость электронов в атомах) формула (7.2) завышает удельные ионизационные потери энергии. Это связано с возможностью перезарядки медленно движущихся частиц вследствие захвата ими электронов атомов вещества.