核能級壽命測量

核能級壽命測量

正文

原子核被激發後，可以在較高的能級上停留一段時間，此時間稱為該能級的壽命。實驗上測到的壽命是激發核（處在激發態的核）能級的平均壽命, 用τ表示。激發核是不穩定核,往往通過γ輻射向低能級或基態躍遷。躍遷幾率λ＝1/τ（見γ躍遷）。實驗上測定τ之後,即可同採用某種核模型波函式計算的λ 比較，從而達到檢驗理論的目的。
測量τ 的方法有間接和直接測量兩類。間接測量方法如庫侖激發、γ共振、電子非彈性散射、同K系X射線壽命的比較等。直接測量法有延遲符合法、都卜勒效應法、阻塞效應法等。
延遲符合法　級聯γ射線的中間態有一定的壽命，可以用測量這兩條γ射線之間的延遲符合時間譜，去確定中間態的壽命；或者是利用加速器的脈衝束流，測量在脈衝束間隔內的延遲時間譜，以求出能級的平均壽命。這兩種方法測量的時間範圍一般在10-3～10-10s（符合技術見符合和反符合系統）。
都卜勒效應法　如果核反應A(a,b)B*在薄靶中進行，則生成的激發核B*按動量守恆定律將以速度v(0)在真空中反衝。B*在反衝飛行中放出的γ射線能量E γ和在停止時放出的γ射線能量之間有都卜勒移動，而

, (1)

式中с是真空中的光速，θ是探測方向和B*反衝方向之間的夾角。如圖1所示,當B*飛過一段距離D後, 被阻止器停止,這時發生的γ射線沒有都卜勒效應。分別測出不同反衝距離D時有和沒有都卜勒效應的兩群不同能量的γ射線強度Is和I0,根據I0/(I0+Is)同D的指數衰減關係求出τ。這種方法稱為反衝距離法(RDM)。此法要求所測的τ值大於B*在阻止物質中的特徵慢化時間α【即具有速度 v(0)的B*的數目降到為原來的1/e的時間，一般α≈5×10-13s。

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如τ﹤α,可用B*在物質中反衝的都卜勒移動衰減法(DSAM)測來τ。此時B*的反衝速度 v(t)是時間t的函式，放出的γ射線能量為

。 (2)

求τ的方法有兩種：①當 時，式（2）可以寫成。 唕γ是γ 射線的平均能量，v(0)是初始速度。若θ1在和θ2角度處分別測量,則可利用得到F(τ)的測量值，式中ΔE是在兩個角度處測量的γ射線能量移動。另外，在近似情況下由 F(τ)=α/(α+τ)可得到F(τ)的計算值，將二者加以比較,從而得到最佳的τ。②因反衝速度v(t)是時間t的函式，其數值從 v(0)衰減到零,所以測量的γ射線能量也在 和之間有一個分布。如果能級壽命很短，則在反衝核未停止之前多已衰變, 放出的γ射線能量多接近完全移動時放出的能量。如果能級壽命很長,則多數反衝核只有在被阻止後才衰變,放出γ射線的能量多接近。如圖2可見，能量分布圖形同核能級壽命τ有關。因此從Eγ 的分布圖形可以決定τ。

核能級壽命測量

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阻塞效應法　晶體點陣上的原子核發生反應形成的複合核放出帶電粒子退激發(圖3)。當B*的反衝速度垂直分量v寑滿足v寑τ﹤α時(α為禁止半徑),放出的粒子被阻塞。即角分布有深的阻塞谷P0。若v寑τ≥α,則谷變淺為P1。根據谷中粒子數的變化，可以推斷出複合核態的壽命。可測壽命範圍約在10-14～10-18S。
參考書目
　A. Z. Schwarzschild and E.K.Warburton, Ann.Rev. Nucl.Sci., Vol. 18, p.265, 1968.
　W.W.Gibson,Ann.Rev.Nucl.Sci.,Vol.25,P.465, 1975.

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