WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 9 02;12 Атомные эффекты при бета-распаде трития © Ю.А. Акулов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступило в Редакцию 14 января 1999 г.) Представлены результаты первого эксперимента по измерению разности постоянных бета-распада атомарного и молекулярного трития = a - m. Схема эксперимента предполагала создание двух идентичных образцов газовой смеси, содержащей гелий-4 и молекулярный тритий, и последующее воздействие на один из них с целью перевода трития в атомарное состояние. Величина определялась путем сопоставления скоростей роста отношения концентрации радиогенного гелия-3 к концентрации гелия-4 в образцах с молекулярным и атомарным тритием. Получено значение =(4.6 ± 0.8) · 10-12 s-1, что соответствует относительному изменению постоянной распада на 0.26%.

Предметом рассмотрения в настоящей работе явля- тод. Суть метода состоит в том, что для двух образется процесс взаимодействия формируемого атомным цов, каждый из которых содержит гелий-4 и некое хиядром бета-электрона с электронами и электронными мическое соединение трития, сопоставляются скорости вакансиями атомно-молекулярной системы, окружающей роста отношений содержания радиогенного гелия-3 к бета-активное ядро. Согласно фермиевской теории бета- содержанию гелия-4. Важным преимуществом такого распада, вероятность испускания ядрами электронов и подхода являются полное исключение абсолютных измеих спектр зависят от структуры доступного виртуальрений и существенное упрощение учета потерь гелия, ному бета-электрону электронного фазового пространтем самым устраняются основные источники систематиства в атомно-молекулярной системе. При этом опреческой погрешности. В рассматриваемом случае схема деляемые в эксперименте значения фундаментальных эксперимента предполагала создание в момент времени параметров бета-перехода — постоянной распада () t0 двух идентичных образцов газовой смеси, содержаи граничной энергии бета-спектра (Emax) оказываются щей гелий-4 и молекулярный тритий, и последующее чувствительными к состоянию электронного окружевоздействие на один из них с целью перевода трития ния ядра (так называемый эффект химического сдвив атомарное состояние. В качестве момента начала га и Emax). Наиболее перспективным, с точки зреотсчета времени принимался момент прохождения триния решения экспериментальных и теоретических затием палладиевой мембраны, имевшей активную плодач в области исследования химических сдвигов при щадь 12 cm2, толщину 0.01 cm и температуру 530C.

бета-распаде, является рассмотрение тритийсодержащих Прошедший мембрану тритий смешивался с гелиематомно-молекулярных систем. Поскольку избыток массы 4, после чего смесь распределялась по ампулам из второго нейтрона в ядре трития близок к кулоновской молибденового стекла, имевшим внутренний диаметр энергии второго протона в ядре гелия, то высвобождае8 mm и длину 350 mm. Парциальное давление трития мая при бета-распаде трития энергия относительно мала в ампулах составляло 93 Pa, гелия — 4–6 Pa. Диссо(3H He + e- + + 18.6keV). В этом случае замет циация молекул H2 осуществлялась за счет энергии ная часть виртуальных бета-электронов генерируется с ВЧ разряда, создаваемого в ампуле синусоидальным длинами волн, характерными для атомных электронных полем с частотой 1 MHz и напряженностью 100 V/cm, систем, что приводит к существенным изменениям в образованным кольцевыми внешними электродами. Для реальном бета-спектре и делает химические сдвиги получения термализованных свободных атомов трития и Emax измеримыми. При измерении граничной энергии использовался механизм резонансной диссоциации, косдвиги Emax маскируются неизбежным изменением энергда молекулы H2 получают энергию, необходимую для гии реального бета-электрона на его пути до детектора, разрыва межатомной связи, за счет удара второго рода что принципиально осложняет идентификацию наблюпри взаимодействии с возбужденными в разряде атомами даемых изменений Emax. Подобных трудностей не возртути, введенной предварительно в ампулы и испаряемой никает при измерениях химических сдвигов постоянной самим разрядом. Действующее значение тока в разряде распада, поскольку темп распада определяется только поддерживалось на уровне 40 mA, при этом выделяеплотностью вакансий для виртуального бета-электрона мая в разряде мощность составляла 140–145 W.

и с очевидностью не зависит от судьбы реального элекДля определения степени диссоциации молекул были трона, покинувшего околоядерное пространство. Здесь представлены результаты первого эксперимента по из- разработаны масс-спектрометрическая и оптическая методики. При масс-спектрометрических измерениях свомерению разности постоянных распада для атомарного бодные атомы водорода из разрядной ячейки по фто(a) и молекулярного (m) трития = a - m.

Для определения использовался гелиевый диф- ропластовому антирекомбинационному тракту в режиме ференциальный изотопный масс-спектрометрический ме- молекулярного течения поступали в камеру ионизации 2 20 Ю.А. Акулов масс-спектрометра. Значение степени диссоциации () аналогичной использовавшейся при наполнении ампул.

определялось по зависимости величины тока атомарных Неопределенность момента начала отсчета времени t0, ионов водорода I от поглощаемой в разрядной ячейке как и значений tm, ta, не превышала при этом 8 s. Отмощности P. При вышеуказанных значениях тока и носительная остаточная активность, обусловленная ненапряженности поля в разряде на графике функции полным выведением трития через мембрану, измерялась I(P) достигалось горизонтальное плато, соответствую- пропорциональным счетчиком внутреннего наполнения щее диссоциации водорода, близкой к 100% [1]. Опти- с чувствительностью 106 атомов трития [3] и соческая методика определения значения основывалась ставила m = 0.00115 и a = 0.00095 от исходной на сопоставлении интенсивности идентифицируемых с удельной активности смеси. Проницаемость палладиепомощью монохроматора спектральных линий H, H, вых мембран для гелия, поглощение гелия стенками 3 H и H серии Бальмера и полос с длинами волн 652, ампул, наличие примеси He в балластном He и дру 580 и 410 nm из спектра молекулярного водорода гие факторы, определяющие нерадиогенное изменение для двух режимов ВЧ разряда: проточного, при котором отношения He/4He в смесях, контролировались с погаз непрерывно прокачивается через разрядную трубку, мощью масс-спектрометра, имеющего чувствительность и статического. Время пребывания молекулы в пропо He 3 · 104 атомов [4]. Количество гелия-3, странстве между электродами составляло при проточном образовавшегося в образцах за время их экспонирования, режиме 0.003–0.01 s. В этом случае водород практически превышало 2 · 1013 атомов. Таким образом, возможные не успевает диссоциировать и в спектре разряда преобсистематические погрешности, обусловленные утечками ладают молекулярные полосы. В статическом же режиме гелия, регистрировались на уровне 10-6%.

(т. е. без протока газа) при тех же значениях давления и Отношения изотопов гелия в образцах, по абсолютмощности, рассеиваемой в разряде, интенсивность линий ной величине близкие к 0.001, измерялись с помосерии Бальмера увеличивается в 10–15 раз, тогда как щью модифицированного двухлучевого изотопного массинтенсивность молекулярных полос уменьшается в 25 и спектрометра МИ1201 [5], обеспечивающего воспроизболее раз. Сопоставляя коэффициенты относительного водимость относительных измерений величины He/4He изменения интенсивностей, можно показать, что в стана уровне 0.02% в серии независимых контрольных тическом режиме разряда степень диссоциации водорода экспериментов со специальной калибровочной гелиевопревышает 93%. Статистические веса ионизированного тритиевой смесью. В реальном эксперименте по опреи возбужденных состояний водорода в разряде, вычиделению было проведено пять серий измерений, сленные с использованием оценок тока, концентрации и в каждой из которых в камеру поочередно напусэнергии электронов, не превышали 10-3%. Таким обракались пробы гелиевой смеси из ”молекулярного” и зом, условия эксперимента обеспечивали наблюдение ”атомарного” образцов. В результате для отношения бета-распада трития в основном атомарном и основном (3He/4He)a/(3He/4He)m из левой части уравнения измолекулярном состояниях.

мерения было получено значение 0.90257 со стандартУравнение измерения гелиевого дифференциальноным отклонением 0.00021. Эффективные интервалы го метода определения величины для пары атом времени экспозиции имели значения: m = 271.80 min, 3 H–молекула H2 имеет вид [2] a = 244.90 min; коэффициент k = 0.70, т. е. разряд поддерживался в течение 171 min. Для степени диссоHe/4He a a = k + 1.

циации было принято значение 0.95+0.05.

-0.(3He/4He)m m m Отношение /, определенное из уравнения измерения при вышеуказанных значениях входящих в уравЗдесь (3He/4He)m,a — измеряемые масс-спектрометринение параметров, имеет величину 0.00257 ± 0.00045.

чески значения гелиевых изотопных отношений в образПогрешность результата, соответствующая одному станцах с молекулярным и атомарным тритием; m, a — дартному отклонению, определялась квадратичной форэффективные времена экспонирования образцов, причем мой, включающей дисперсии всех параметров уравнения время пребывания части трития в атомарном состоизмерения. При этом вычисление дисперсии отношения янии (т. е. время существования разряда) есть a · k, a/m проводилось с учетом 95% положительной коргде k < 1 — безразмерный коэффициент. Величины реляции случайных величин tm и ta, что обусловлено интервалов времени m, a вычислялись из соотношений m,a =(tm,a - t0) +m,a · m,a, где отсчеты времени tm, ta идентичностью процедур выведения трития из обоих образцов. Для вычисления на основе измеренного отсоответствуют моментам выведения трития из образцов;

m, a — интервалы времени между отсчетами tm, ta носительного сдвига постоянной распада абсолютной и моментом измерения гелиевых изотопных отноше- величины разности периодов полураспада молекулярного и атомарного трития T1/2 целесообразно испольний в образцах; m, a — относительные остаточные зовать значение T1/2m = (12.296 ± 0.017) года — удельные активности трития, определяющие скорость накопления гелия-3 в ”молекулярном” и ”атомарном” среднее взвешенное значение двух последних по вреобразцах в течение интервалов времени m, a. Вы- мени опубликования и хорошо согласующихся между ведение трития из образцов происходило в процессе собой оценок периода полураспада для молекулярного взаимодействия газовой смеси с палладиевой мембраной, трития, одна из которых получена изотопно-гелиевым Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. Атомные эффекты при бета-распаде трития методом [6], другая — по кривой распада, снятой мето- Список литературы дом регистрации тормозного излучения [7]. Учитывая, [1] Акулов Ю.А., Мамырин Б.А., Шихалиев П.М. // ЖТФ.

что T1/2/T1/2 = -/ при / 1, находим 1997. Т. 67. Вып. 5. С. 140–142.

T1/2m -T1/2a =(0.0316±0.0055) года =(11.5±2.0) дня.

[2] Акулов Ю.А., Мамырин Б.А., Шихалиев П.М. // Письма в Для абсолютной величины разности постоянных распаЖТФ. 1993. Т. 19. Вып. 18. С. 72–75.

да a и m получаем [3] Мамырин Б.А., Акулов Ю.А., Хабарин Л.В., Юденич В.С. // ПТЭ. 1982. № 2. С. 151–152.

ln = a - m = (0.00257 ± 0.00045) [4] Акулов Ю.А., Мамырин Б.А., Хабарин Л.В., Юденич В.С. // T1/2m ПТЭ. 1985. № 2. С. 173–175.

[5] Акулов Ю.А., Мамырин Б.А., Шихалиев П.М. // ПТЭ. 1995.

=(4.6 ± 0.8) · 10-12 s-1.

№ 3. С. 114–119.

[6] Акулов Ю.А., Мамырин Б.А., Хабарин Л.В. и др. // Письма На основе созданной методики получения, стабилизав ЖТФ. 1988. Т. 14. Вып. 10. С. 940–942.

ции и диагностики атомарного водорода разрабатывают[7] Budick B., Chen J., Lin H. // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67.

ся приемы быстрого тритирования различных водородоN 19. P. 2630–2633.

содержащих соединений, что позволит измерить химические сдвиги постоянной распада для широкого класса атомно-молекулярных систем. Опеределение времени жизни ядра трития для ряда известных состояний его электронного окружения можно интерпретировать как калибровку естественного электронного зонда, имеющего ядерную локальность, но генерирующего электроны с атомной длиной волны. Измеряя в дальнейшем химические сдвиги при неизвестной структуре доступного бета-электрону фазового объема, можно делать выводы о наличии тех или иных электронных состояний в атомном фазовом пространстве. Дополнительную информацию об этом может дать анализ спектров релаксационного излучения, обусловленного перестройкой электронных уровней при изменении на единицу заряда одного из ядер в исследуемой атомно-молекулярной системе.

Особенностью и преимуществом метода структурного анализа атомно-молекулярных систем с помощью бетаэлектронов их собственных ядер является идеальная корреляция координат объекта зондирования (электронного облака) и источника излучения (ядра). Это делает возможным экспериментальное исследование методами квантовой бета-электронной диагностики не только энергетической структуры электронного ансамбля, но и его пространственной конфигурации.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 97-03-33665) и ГНТП ”Фундаментальная метрология” (проект № 4.06).




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.