научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ЗАХВАТА -ЭЛЕКТРОНА В СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ НА ЭМИССИЮ ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ НЕЙТРОНОВ ИЗ ОСКОЛКОВ ДЕЛЕНИЯ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ЗАХВАТА -ЭЛЕКТРОНА В СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ НА ЭМИССИЮ ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ НЕЙТРОНОВ ИЗ ОСКОЛКОВ ДЕЛЕНИЯ»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2008, том 71, № 6, с. 979-983

ВЛИЯНИЕ ЗАХВАТА ^-ЭЛЕКТРОНА В СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ НА ЭМИССИЮ ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ НЕЙТРОНОВ ИЗ ОСКОЛКОВ ДЕЛЕНИЯ

Поступила в редакцию 01.08.2007 г.; после доработки 09.11.2007 г.

Исследовано влияние ионизации электронной оболочки атома на в-распад. Основное изменение вероятности обусловлено появлением канала с захватом ^-электрона в связанное состояние. Показано, что эффект может быть существенным при малых энергиях ^-переходов. Величина эффекта изучалась в случае эмиссии от одного до трех запаздывающих нейтронов после в-распада осколков деления. В расчетах использовалась силовая функция в-распада с учетом заселения изобарических резонансов в дочерних ядрах. Эффект оказался максимальным для осколков с числом протонов и нейтронов вблизи замкнутых оболочек и подоболочек, таким образом иллюстрируя роль оболочечной структуры ядра в делении.

Во многих случаях нельзя рассматривать ядерные процессы без учета влияния атомной оболочки [1—4]. Прежде всего это процессы электромагнитного распада и возбуждения ядра. Так, путем ионизации электронной оболочки можно увеличить время жизни ядра в возбужденном состоянии на несколько порядков величины [2]. В частности, через посредство электронной оболочки время жизни ядра может изменяться до 30% в зависимости от химического окружения атома [3]. Еще более значительна роль электронной оболочки как резонатора в недавно открытом процессе резонансной конверсии, когда электрон не вылетает из атома, а переходит в вакантное дискретное состояние [5— 7]. Более того, в ряде работ отмечалось влияние электронной оболочки на процессы слабого взаимодействия — например, зависимость вероятности K-захвата от значения полного момента атома [8].

Аналогичные процессы возможны и в ^-распаде в том случае, если рождающийся электрон захватывается в связанное состояние атома [1]. Если этот процесс возможен, он является дополнительным каналом ^-распада ядра по сравнению с распадом в нейтральном атоме. Поэтому в

''Объединенный институт ядерных исследований, Дубна,

2'Научно-исследовательский институт физики Санкт-

Петербургского государственного университета, Россия.

3'Петербургский институт ядерной физики РАН, Гатчина.

ряде случаев, если обычный в-распад затруднен или даже закрыт по энергетическим причинам, возможность в-распада в связанное состояние может изменить время жизни нуклида в тысячи раз или даже превратить стабильное ядро в нестабильное. Такой в-распад наблюдался в 163Эу ^ ^ 163Но [9] и 187Не ^ 18708 [10]. В результате этого процесса испускается монохроматическое антинейтрино, а электрон должен быть захвачен дочерним атомом. Отметим сходный процесс образования монопозитронов в парной конверсии, сопровождающей К-захват, когда конверсионный электрон заполняет вакансию в электронной оболочке [11]. Аналогичное явление происходит в случае резонансной конверсии [6, 7], когда конверсионный электрон захватывается атомом, заполняя вакансию в электронной оболочке.

Исследование процесса в-распада с захватом электрона в связанное состояние имеет ряд приложений. В частности, в-распад 187Не ^ 187Об с испусканием моноэнергетических нейтрино привлек значительное внимание в астрофизике [12]. Важное применение в-распад в связанное состояние может найти в запаздывающей радиоактивности осколков деления, наблюдаемой в атомных реакторах [13]. Около 1% энергии, выделяемой на один акт деления, приходится на запаздывающую активность, вызываемую цепочками последовательных в-превращений осколков деления. Частично эта энергия уносится нейтрино, частично выделяется в реакторе в-электронами. Однако если распад

происходит на возбужденное состояние ядра, становится возможным испускание одного и более нейтронов, до четырех включительно. Последнее кардинально меняет всю цепочку распада, отражаясь в изотопном составе конечных продуктов деления. Запаздывающие нейтроны играют полезную роль, уменьшая реактивность реактора, тем самым гася возможность самовозбуждения и помогая управлению реактором. Мы покажем, что в-распад в связанное состояние влияет на число запаздывающих нейтронов, увеличивая его для некоторых пар осколков в несколько раз.

Напомним, что необходимые для процесса вакансии в нижних оболочках образуются при движении ускоренных осколков в среде [14]. Известно, что при вылете осколков деления происходит сильная ионизация внешних атомных оболочек, более высоких, чем М-оболочка. Как показано в [14], становится возможным процесс выдвижения внутренних электронов с К - и ¿-оболочек при столкновениях с атомами среды и образование вакансий в этих оболочках вследствие пересечения квазимолекулярных состояний. Кроме того, в самом процессе в-распада всегда образуются вакансии на любой оболочке в результате "встряски".

2. ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ НЕЙТРОНЫ В ДЕЛЕНИИ

Основной особенностью радиоактивного распада осколков деления (сильно нейтроноизбыточных ядер среднего атомного веса) является высокая энергия в-распада и низкая энергия связи нейтронов дочерних ядер. Поэтому с заметной вероятностью наблюдается эмиссия запаздывающих нейтронов после в-распада осколков деления. К настоящему времени известно более 80 таких излучателей среди продуктов деления тяжелых ядер [ 13, 15]. В ряде случаев энергия в-распада настолько велика, что энергетически возможна эмиссия не только одного, но и нескольких нейтронов. Эмиссия запаздывающих пар нейтронов была обнаружена в ядрах 98№ [15]. Выход этих пар нейтронов был в 267 ± 33 раз меньше, чем выход одиночных запаздывающих нейтронов в-распада 98РЬ, что соответствовало (3.5 ± 4) х 10"4 на акт деления 235и тепловыми нейтронами. В нашей работе [15] было показано, что интегральный выход запаздывающих пар нейтронов при фотоделении 238и достаточно высок и составляет

10_2 по отношению к эмиссии запаздывающих одиночных нейтронов, откуда следует, что в осколках деления должен быть еще целый ряд случаев эмиссии пар нейтронов.

Изучение множественной эмиссии запаздывающих нейтронов представляет большой интерес, так как позволяет получить новую информацию о

структуре ядер с большим избытком нейтронов, например, о порядке заполнения оболочек, характеристиках в-распада и т.д. Кроме того, измерения энергетических и угловых корреляций между запаздывающими нейтронами позволяют судить о нейтрон-нейтронных взаимодействиях в выделенных квантовых состояниях ядер.

Для целого ряда осколков деления энергия в-распада больше энергии связи двух или даже трех нейтронов дочернего ядра. Например, энергия в-распада 136 БЬ составляет 10.59 МэВ, а энергия связи двух нейтронов в дочернем ядре 136Те равна 8.36 МэВ. Для осколка 138БЬ энергия в-распада (12.22 МэВ) превышает энергию связи трех нейтронов в 138Те (11.90 МэВ). При этом выход указанных осколков достаточно высок. Для 136 БЬ выход составляет 1.5% от полного числа осколков деления 235и тепловыми нейтронами и 2.2% при фотоделении 238и. Для 138 БЬ эти выходы составляют соответственно 0.005 и 0.025%. Такие выходы осколков доступны для изучения эмиссии двух и трех нейтронов после в-распада.

Выход запаздывающих нейтронов может возрасти, если образующиеся осколки сильно ионизированы (вплоть до К-оболочки). В таком случае возможны в-переходы в свободные состояния электронной оболочки. Это приводит к увеличению энергии в-перехода на величину, равную энергии связи электрона в атоме (например, для осколков Ва (2 = 56) такая добавка составляет 37.4 кэВ), что, естественно, увеличивает вероятность перехода. В случае первичных осколков, характеризующихся высокой энергией в-распада, такая добавка практически не скажется на времени жизни осколков. Однако она может повлиять на выход запаздывающих нейтронов, так как они испускаются из высоковозбужденных состояний дочернего ядра, заселяемых в-переходами низких энергий, для которых добавка энергии связи К-электрона в осколке оказывается заметной. В работе [13] обсуждалось повышение выхода запаздывающих нейтронов при ионизации осколков, которое могло бы повлиять на режим работы атомного реактора. Особенно заметен этот рост должен быть при множественной эмиссии запаздывающих нейтронов (два, три, четыре нейтрона), которые испускаются из наиболее высоковозбужденных состояний, и к ним ведут в-переходы наиболее низких энергий.

3. ВЛИЯНИЕ в-РАСПАДА В СВЯЗАННОЕ СОСТОЯНИЕ НА СПЕКТР ЗАПАЗДЫВАЮЩИХ НЕЙТРОНОВ

Энерговыделение при в-распаде записывается в виде

ВЛИЯНИЕ ЗАХВАТА ^-ЭЛЕКТРОНА

где М1, М2 — массы начального и дочернего нейтрального атома соответственно. Обозначим

где Б^п — энергия связи к нейтронов в дочернем ядре. Граничная энергия в-спектра с учетом массы покоя может быть записана в виде:

Eo — Qe + me2 - /val - E',

GE(r)G% (r)+FE(r)F% (r) dr — (6)

Учитывая, что масса атома с номером Z равна: M — Mnucl + Zm - eje2,

где е — полная энергия связи электронов в нейтральном атоме, получим для энерговыделения Я следующее выражение:

где Е' — энергия возбуждения дочернего ядра, а /та1 — энергия связи валентного электрона в дочернем атоме. Вероятность в-распада определяется интегральной функцией Ферми /о:

где Е(Е, Z) — функция Ферми, которая имеет вид [16, 17]

здесь е1 и е2 — полные энергии связи атомов, соответствующих исходному и дочернему ядру. Таким образом, в ионизованном атоме энерговыделение уменьшается. Однако в ионе появляется возможность дополнительного выделения энергии 1пК при захвате в-электрона в связанное состояние пк, которое компенсирует и даже превышает указанное уменьшение. Наш расчет показал, что в слу-

Ho разность e1 - e2 — -13.5 кэВ, а

ПЕ,г) = ^[(с*=-1Ш)2+ (5) + (ЕЕ=+1 (Яо ))2 ]

при нормировке волновых функций электрона непрерывного спектра по шкале энергий

11з = 65 кэВ для водородоподобного иона Но. Это было использовано

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎