关于核能级寿命测量介绍

[拼音]：henengji shouming celiang

[外文]：measurement of life-time of nuclear levels

原子核被激发后，可以在较高的能级上停留一段时间，此时间称为该能级的寿命。实验上测到的寿命是激发核（处在激发态的核）能级的平均寿命， 用τ表示。激发核是不稳定核，往往通过γ辐射向低能级或基态跃迁。跃迁几率λ＝1/τ（见γ跃迁）。实验上测定τ之后，即可同采用某种核模型波函数计算的λ 比较，从而达到检验理论的目的。

测量τ 的方法有间接和直接测量两类。间接测量方法如库仑激发、γ共振、电子非d性散射、同K系X射线寿命的比较等。直接测量法有延迟符合法、多普勒效应法、阻塞效应法等。

级联γ射线的中间态有一定的寿命，可以用测量这两条γ射线之间的延迟符合时间谱，去确定中间态的寿命；或者是利用加速的脉冲束流，测量在脉冲束间隔内的延迟时间谱，以求出能级的平均寿命。这两种方法测量的时间范围一般在10-3～10-10s（符合技术见符合和反符合系统）。

如果核反应A(a，b)B*在薄靶中进行，则生成的激发核B*按动量守恒定律将以速度v(0)在真空中反冲。B*在反冲飞行中放出的γ射线能量E γ和在停止时放出的γ射线能量之间有多普勒移动，而

， (1)

式中с是真空中的光速，θ是探测方向和B*反冲方向之间的夹角。如图1所示，当B*飞过一段距离D后， 被阻止器停止，这时发生的γ射线没有多普勒效应。分别测出不同反冲距离D时有和没有多普勒效应的两群不同能量的γ射线强度Is和I0，根据I0/(I0+Is)同D的指数衰减关系求出τ。这种方法称为反冲距离法(RDM)。此法要求所测的τ值大于B*在阻止物质中的特征慢化时间α[即具有速度 v(0)的B*的数目降到为原来的1/e的时间，一般α≈5×10-13s。

如τ﹤α，可用B*在物质中反冲的多普勒移动衰减法(DSAM)测来τ。此时B*的反冲速度 v(t)是时间t的函数，放出的γ射线能量为

。 (2)

求τ的方法有两种：

（1）当 时，式（2）可以写成。 唕γ是γ 射线的平均能量，v(0)是初始速度。若θ1在和θ2角度处分别测量，则可利用得到F(τ)的测量值，式中ΔE是在两个角度处测量的γ射线能量移动。另外，在近似情况下由 F(τ)=α/(α+τ)可得到F(τ)的计算值，将二者加以比较，从而得到最佳的τ。

（2）因反冲速度v(t)是时间t的函数，其数值从 v(0)衰减到零，所以测量的γ射线能量也在 和之间有一个分布。如果能级寿命很短，则在反冲核未停止之前多已衰变， 放出的γ射线能量多接近完全移动时放出的能量。如果能级寿命很长，则多数反冲核只有在被阻止后才衰变，放出γ射线的能量多接近。如图2可见，能量分布图形同核能级寿命τ有关。因此从Eγ 的分布图形可以决定τ。

晶体点阵上的原子核发生反应形成的复合核放出带电粒子退激发(图3)。当B*的反冲速度垂直分量v寑满足v寑τ﹤α时(α为屏蔽半径)，放出的粒子被阻塞。即角分布有深的阻塞谷P0。若v寑τ≥α，则谷变浅为P1。根据谷中粒子数的变化，可以推断出复合核态的寿命。可测寿命范围约在10-14～10-18S。

参考书目

1. A. Z. Schwarzschild and E.K.Warburton， Ann.Rev. Nucl.Sci.， Vol. 18， p.265， 1968.
2. W.W.Gibson，Ann.Rev.Nucl.Sci.，Vol.25，P.465， 1975.