Эффект пандемониума - Pandemonium effect
Эффект Пандемониума - это проблема, которая может возникнуть при использовании детекторов с высоким разрешением (обычно германиевых) в исследованиях бета-распада . Это может повлиять на правильное определение питания на разных уровнях дочернего ядра . Впервые он был представлен в 1977 году.
Контекст
Обычно, когда родительское ядро бета-распадается на дочернее, имеется некоторая доступная конечная энергия, которая распределяется между конечными продуктами распада. Это называется значением Q бета-распада ( Q β ). 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 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 в течение небольшого времени (период полураспада уровня), после чего оно претерпевает серию гамма-переходов на свои более низкие энергетические уровни. Эти переходы позволяют дочернему ядру испускать энергию возбуждения в виде одного или нескольких гамма-лучей, пока оно не достигнет своего основного состояния, тем самым избавляясь от всей энергии возбуждения, которую оно удерживало от распада.
Согласно этому, уровни энергии дочернего ядра могут быть заселены двумя способами:
- путем прямого бета-питания из бета-распада родителя в дочь (I β ),
- гамма-переходами более высоких энергетических уровней (ранее заселенных бета-версией из прямого бета-распада родительского элемента) на более низкие энергетические уровни (ΣI i ).
Общее гамма-излучение, испускаемое одним энергетическим уровнем (I T ), должно быть равно сумме этих двух вкладов, то есть прямого бета -излучения (I β ) плюс гамма-девозбуждение верхнего уровня (ΣI i ).
I T = I β + ΣI i (без внутреннего преобразования )
Бета-кормление I β (то есть, сколько раз уровень заполняется прямым кормлением от родителя) не может быть измерен напрямую. Поскольку единственной величиной, которую можно измерить, являются интенсивности гамма-излучения ΣI i и I T (то есть количество гамма-излучения, излучаемое дочерью с определенной энергией), бета-кормление необходимо извлекать косвенно, вычитая вклад из гамма-излучения. -возбуждения более высоких уровней энергии (ΣI i ) до полной гамма-интенсивности, покидающей уровень (I T ), то есть:
I β = I T - ΣI i (I T и ΣI i можно измерить)
Описание
Эффект Пандемониума возникает, когда дочернее ядро имеет большое значение Q , что позволяет получить доступ ко многим ядерным конфигурациям , что выражается во многих доступных уровнях 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, правилами выбора и т. Д.). Тогда интенсивность гамма-излучения, излучаемого 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:
- Во-первых, эти детекторы имеют очень низкий КПД, порядка 1–5%, и в большинстве случаев не обнаруживают слабого гамма-излучения.
- 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 из I T вычитается меньше ΣI i , а уровням энергии неправильно приписывается больше I β, чем имеется:
ΣI i ~ 0, → I T ≈ I β
Когда это происходит, более всего страдают нижние энергетические уровни. Некоторые из схем уровней ядер, которые появляются в ядерных базах данных, страдают от этого эффекта Пандемониума и не будут надежными до тех пор, 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. Одним из возможных решений является использование калориметра, такого как спектрометр полного поглощения (TAS), который изготовлен из сцинтилляционного материала . Было показано, что даже с высокоэффективной решеткой германиевых детекторов в близкой геометрии (например, CLUSTER CUBE ) теряется около 57% общего B (GT), наблюдаемого с помощью метода TAS.
Актуальность
Расчет бета-подпитки (I β ) важен для различных приложений, таких как расчет остаточного тепла в ядерных реакторах или исследования ядерной структуры .
Смотрите также
Ссылки
внешняя ссылка
- « Победа над ядерным пандемониумом » , Кшиштоф П. Рыкачевский