Гамма-спектроскопия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Гамма-спектроскопия - раздел ядерной физики, посвящённый исследованиям энергетич. спектров гамма-излучения. К этой же области принято относить исследования разл. ядерных и атомных процессов, связанных с испусканием, поглощением и рассеянием

-квантов. На основании измерения таких характеристик, как относительные интенсивности наблюдаемых

-линий, угл. распределения

-квантов, угл. корреляции последовательно испускаемых

-квантов, поляризации

-лучей, коэф. конверсии внутренней, вероятности кулоновского возбуждения ядер заряж. частицами, сечения резонансного поглощения

-лучей и т. д., удаётся получать информацию о спинах и четностях основных и возбуждённых состояний ядер, ширинах возбуждённых уровней, магн. дипольных и электрич. квадрупольных моментах ядер в разл. состояниях, мультипольностях переходов между ядерными уровнями. Спектры

-лучей дают основные сведения, необходимые для построения схем энергетических уровней ядер. О методах регистрации и измерения энергии

-квантов см. в ст. Гамма-спектрометр.

Для получения данных о спинах уровней ядер, мультипольностях переходов, электрич. и магн. моментах возбуждённых ядер используется метод исследования угл. корреляций

-квантов, последовательно испускаемых в каскаде следующих друг за другом переходов между ядерными уровнями. С помощью двух или большего числа спектрометрич. детекторов, включённых в схему отбора совпадающих во времени актов регистрации

-квантов, измеряется зависимость числа таких событий от угла между направлениями вылета соответствующих

-квантов из источника (см. Совпадений метод). Если при этом разрешающее время схемы совпадений значительно больше ср. времени

жизни ядер в промежуточном состоянии, то измеренная угл. корреляция наз. интегральной по времени. В этом случае детектор, регистрирующий 2-й

-квант, не различает акты

-распада возбуждённых ядер по их времени жизни и все они суммируются. Соответствующая корреляционная функция для угл. - -корреляции имеет вид:

Здесь

- угол между направлениями вылета

-квантов,

- k-й полином Лежандра, A_k - коэф., зависящие от спинов I состояний, между к-рыми происходят ядерные переходы, и от т. н. параметров смешивания мультиполей в каждом из переходов, под к-рыми понимаются отношения амплитуд электрич. мультиполя порядка L : E (L)и магн. мультиполя порядка L-1 : M(L-1). В частности, при спинах промежуточных состояний ядер, равных 0 или ¹/₂, угл. корреляция отсутствует, т. е.

(см. Угловые распределения и угловые корреляции). Однако по угл.

-корреляции нельзя отличить чисто электрич. переход от магнитного. Чтобы сделать это, надо знать чётности состояний, между к-рыми происходит переход.

Если исследуемые ядра находятся в магн. или неоднородном электрич. полях, то корреляционная картина искажается; происходит возмущение интегральной угл. корреляции. В случае магн. поля, перпендикулярного плоскости распространения наблюдаемых

-квантов, это возмущение проявляется в повороте корреляционной картины на угол

Здесь

- магн. момент ядра, I- спин в возбуждённом состоянии, H - напряжённость магн. поля. Ф-ла (2) справедлива для

. Поворот сопровождается ослаблением анизотропии этой картины. Действие неоднородного электрич. поля сказывается лишь в ослаблении анизотропии корреляц. картины без её поворота. Степень этого ослабления зависит от произведения квадруполъного электрического момента ядра на градиент напряжённости электрич. поля. Аналогичные эффекты могут наблюдаться и при исследованиях возмущённых угл. распределений резонансно рассеянных

-квантов и

-квантов, испускаемых ядрами после кулоновского возбуждения.

Если время жизни ядер в промежуточном возбуждённом состоянии больше разрешающего времени схемы совпадений, то может быть измерена дифференц. по времени угл.

-корреляция. Соответствующий эксперимент состоит в измерении числа

-совпадений при фиксированном угле разлёта

-квантов в зависимости от промежутка времени между регистрацией первого и второго квантов [1].

Хотя исследование невозмущённых угл.

корреляций даёт возможность измерять параметры смешивания мультиполей в ядерных переходах, однако чаще для изучения мультипольности

-переходов используют процесс внутр. конверсии гамма-лучей (см. Конверсия внутренняя). Измеряя абс. величины коэф. внутренней конверсии или (что в ряде случаев может быть проще) отношения коэф. внутренней конверсии

-лучей на разных электронных оболочках и подоболочках атомов, можно определить мультипольности соответствующих переходов, сравнивая измеренные величины с теоретически вычисленными табулированными значениями [2].

Чётности состояний ядер определяют по зависимости степени линейной поляризации

-лучей от угла

между направлениями их вылета [1]. Для измерения линейной поляризации можно использовать зависимость дифференц. сечения комптоновского рассеяния

-квантов от угла между плоскостью рассеяния и плоскостью поляризации первичного пучка

-квантов [3]. Комптоновские поляриметры обычно состоят из двух детекторов, в первом из к-рых происходит акт комптоновского рассеяния, а во втором (включённом в схему совпадений с первым) регистрируется рассеянный

-квант. Азимутальная анизотропия рассеянного

-излучения определяется поляризацией исходного излучения.

Простейший комптоновский поляриметр [4] представляет собой полупроводниковый детектор в виде тонкой плоскопараллельной пластинки (рис.). Пучок исследуемых

-лучей направляется на узкую грань пластинки. Если плоскость пластинки перпендикулярна плоскости поляризации

-лучей (в плоскости поляризации лежит электрич. вектор E электромагн. волны), то число отсчётов в пике полного поглощения будет максимально возможным, т. к. сечение комптоновского рассеяния максимально для направления, перпендикулярного плоскости поляризации первичных

-лучей, и при данном расположении пластинки вероятность поглощения рассеянного кванта в веществе детектора гораздо больше, чем в случае, когда пластинка повёрнута на 90° относительно рассматриваемого положения. В последнем случае комптоновски рассеянные

-кванты будут с большой вероятностью вылетать из детектора через широкую грань. Такой детектор особенно удобен для качественных опытов по определению положения плоскости поляризации.

Схема действия полупроводникового

-поляриметра: S-источник линейно поляризованных

-лучей; ОО'- ось пучка

-квантов. Стрелками обозначена плоскость поляризации (E). Первичный

-квант

попадает в детектор вблизи точки В и испытывает комптоновское рассеяние в точке А. Наиболее вероятное положение плоскости рассеяния, в которой движется рассеянный квант

, перпендикулярно плоскости поляризации первичных фотонов. Поглощение рассеянного кванта в детекторе наиболее вероятно, когда пластинка находится в положении I, и наименее вероятно в положении II.

Для измерения циркулярной поляризации

-лучей в большинстве случаев применяются два метода: исследуемое

-излучение пропускается сквозь намагниченный ферромагнитный фильтр и измеряется зависимость интенсивности прошедшего излучения от направления намагниченности фильтра; изучается зависимость интенсивности комптоновского рассеяния

-лучей намагниченным ферромагнитным веществом от направления намагниченности рассеивателя [5]. С помощью измерений угл.

-корреляций при одновременном определении циркулярной поляризации

-лучей выполнено большое число работ по изучению несохранения пространственной чётности в слабых взаимодействиях [5]. Опыты по измерению циркулярной поляризации

-лучей, испускаемых возбуждёнными неполяризованными ядрами [6], подтвердили полученные ранее др. методами выводы о существовании малой примеси несохраняющего пространственную чётность потенциала к ядерным взаимодействиям.

Ширины Г ядерных уровней связаны со ср. временами т жизни ядер в возбуждённых состояниях. Наиб. распространёнными способами определения ширин являются измерение полных сечений процессов кулоновского возбуждения ядер ускоренными протонами, He⁺ или многозарядными ионами более тяжёлых элементов [7], а также измерение полных сечений резонансного поглощения и резонансного рассеяния

-лучей [8]. С этими сечениями ширины уровней связаны сравнительно простыми соотношениями. Cp. время жизни ядер в возбуждённом состоянии можно определить, непосредственно измеряя временной ход высвечивания возбуждённых ядер. Для этого применяются два включённых в схему совпадений детектора, один из к-рых регистрирует излучение, предшествующее образованию исследуемого возбуждённого состояния (

или

-излучение или электрон внутр. конверсии

-лучей), а второй -

-квант (или конверсионный электрон), посредством испускания к-рого происходит распад возбуждённого состояния. Измеряется зависимость числа совпадений от времени задержки между приходом сигналов от первого и второго детекторов. Эта зависимость даётся экспоненциальным законом:

(I₀ - число совпадений в единицу времени при нулевой задержке). Сравнение ф-лы (3) с экспериментом позволяет найти

, а значит, и Г.

Литература по гамма-спектроскопии

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.