Эффект пандемониума - Pandemonium effect

Схема, показывающая, как эффект Пандемониума может повлиять на результаты воображаемого распада до ядра, имеющего 3 уровня. Если этот эффект велик, кормление на более высоких уровнях не обнаруживается, и большее количество бета-кормов назначается на более низкие уровни энергии.

В Эффект пандемониума это проблема, которая может возникнуть, когда детекторы высокого разрешения (обычно германиевые детекторы) используются в исследования бета-распада. Это может повлиять на правильное определение кормления на разных уровнях дочернее ядро. Впервые он был представлен в 1977 году.[1]

Контекст

Обычно, когда родительское ядро ​​бета-распадается на дочернее, имеется некоторая доступная конечная энергия, которая распределяется между конечными продуктами распада. Это называется Q ценить бета-распада (Qβ). Дочернее ядро ​​не обязательно оказывается в основном состоянии после распада, это происходит только тогда, когда другие продукты забирают с собой всю доступную энергию (обычно в виде кинетической энергии). Таким образом, в общем, дочернее ядро ​​сохраняет определенное количество доступной энергии в качестве энергии возбуждения и оказывается в возбужденном состоянии, связанном с некоторым уровнем энергии, как показано на рисунке. Дочернее ядро ​​может оставаться в этом возбужденном состоянии только небольшое время.[2] (период полураспада уровня), после которого он претерпевает серию гамма-переходов на свои более низкие энергетические уровни. Эти переходы позволяют дочернему ядру излучать энергию возбуждения в виде одного или нескольких гамма излучение пока он не достигнет своего основного состояния, избавившись, таким образом, от всей энергии возбуждения, которую он удерживал от распада.

Согласно этому, уровни энергии дочернего ядра могут быть заселены двумя способами:

  • путем прямого бета-питания из бета-распада родителя в дочь (Iβ),
  • гамма-переходами более высоких энергетических уровней (ранее заполненных бета-версией прямого бета-распада родительского) на более низкие энергетические уровни (ΣIя).

Общая гамма излучение испускается уровнем энергии (IТ) должен быть равен сумме этих двух вкладов, то есть прямой бета-подпитки (Iβ) плюс гамма-девозбуждения верхнего уровня (ΣIя).

яТ = Яβ + ΣIя (пренебрегая внутренняя конверсия )

Бета-кормление Iβ (то есть, сколько раз уровень заполнялся прямым кормлением от родителя) не может быть измерено напрямую. Поскольку единственная величина, которую можно измерить, - это интенсивность гамма-излучения ΣIя и яТ (то есть количество гамма-излучения, излучаемого дочерью с определенной энергией), бета-питание должно быть извлечено косвенно, вычитая вклад гамма-девозбуждения более высоких уровней энергии (ΣIя) до полной гамма-интенсивности, покидающей уровень (IТ), то есть:

яβ = ЯТ - ΣIя (ЯТ и ΣIя можно измерить)

Описание

Эффект Пандемониума возникает, когда дочернее ядро ​​имеет большую Q ценить, открывая доступ ко многим ядерные конфигурации, что означает множество доступных уровней энергии возбуждения. Это означает, что общее бета-кормление будет фрагментировано, поскольку оно будет распространяться по всем доступным уровням (с определенным распределением, определяемым силой, плотностью уровней, правила отбора, так далее.). Тогда интенсивность гамма-излучения, излучаемая с менее населенных уровней, будет слабой, и она будет слабее, когда мы перейдем к более высоким энергиям, где плотность уровней может быть огромной. Кроме того, энергия гамма-излучения, снимающего возбуждение в этой области уровней с высокой плотностью, может быть высокой.

Измерение этих гамма-лучей детекторами с высоким разрешением может вызвать две проблемы:

  1. Во-первых, у этих детекторов очень низкий эффективность порядка 1–5%, и в большинстве случаев будет слеп к слабому гамма-излучению.
  2. Во-вторых, их кривая эффективности падает до очень низких значений при переходе к более высоким энергиям, начиная с энергий порядка 1–2 МэВ. Это означает, что большая часть информации, исходящей от гамма-лучей огромных энергий, будет потеряна.

Эти два эффекта уменьшают количество обнаруживаемого бета-потока на более высокие энергетические уровни дочернего ядра, поэтому меньше ΣIя вычитается из IТ, а уровни энергии присвоены неверно больше Iβ чем настоящее:

ΣIя ~ 0, → IТ ≈ яβ

Когда это происходит, более всего страдают нижние энергетические уровни. Некоторые из схем уровней ядер, которые появляются в ядерных базах данных[3] страдают от этого эффекта Пандемониума и не будут надежными, пока в будущем не будут сделаны более точные измерения.

Возможные решения

Чтобы избежать эффекта Пандемониума, следует использовать детектор, который решает проблемы, возникающие у детекторов высокого разрешения. Он должен иметь КПД, близкий к 100%, и хороший КПД для гамма-излучения огромных энергий. Одно из возможных решений - использовать калориметр вроде спектрометр полного поглощения (ТАС), который состоит из сцинтилляторный материал. Было показано[4] что даже с высокоэффективным массивом германиевых детекторов в близкой геометрии (например, КЛАСТЕРНЫЙ КУБ ) теряется около 57% общего B (GT), наблюдаемого с помощью метода TAS.

Актуальность

Расчет бета-кормления, (Iβ) важен для различных приложений, как и расчет остаточное тепло в ядерные реакторы или же ядерная структура исследования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Hardy, J.C .; Carraz, L.C .; Jonson, B .; Хансен, П. Г. (ноябрь 1977 г.). «Существенный распад пандемониума: демонстрация ошибок в сложных схемах бета-распада». Письма по физике B. 71 (2): 307–310. Bibcode:1977ФЛБ ... 71..307Н. Дои:10.1016/0370-2693(77)90223-4. ISSN  0370-2693.
  2. ^ Баэз, Джон. «Связь неопределенности времени и энергии». Получено 10 апреля 2010.
  3. ^ Файл оцененных данных структуры ядра (ENSDF) http://www.nndc.bnl.gov/ensdf/
  4. ^ Graber, J. L .; Розенстил, Г. (2003). «Теория среднего поля Sp (3, R) для тяжелых деформированных ядер». Физический обзор C. 68 (1). Bibcode:2003PhRvC..68a4301G. Дои:10.1103 / PhysRevC.68.014301. ISSN  0556-2813.

внешняя ссылка