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-кормления назначается на более низкие уровни энергии.

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:

  1. Во-первых, эти детекторы имеют очень низкий КПД, порядка 1–5%, и в большинстве случаев не обнаруживают слабого гамма-излучения.
  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 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