» Strona główna » Kierunki badań » Spektroskopia » Zjawisko dopplera w fizyce jądrowej » Metody pomiarów czasów życia poziomów jądrowych

Kierunki badań

Struktura jądra atomowego

Zjawisko Dopplera w fizyce jądrowej

Metody pomiarów czasów życia poziomów jądrowych

Tak więc w wyniku obliczeń z zakresu elektrodynamiki kwantowej, otrzymujemy szukane prawdopodobieństwa przejść dla promieniowania elektromagnetycznego. Z nich natychmiast wynika czas życia stanu wzbudzonego

τ = 1 / λ

(jeżeli rozpada się on wyłącznie przez promieniowanie γ). W celu sprawdzenia poprawności modelu (w oparciu o który zostały obliczone elementy macierzowe, należy uzyskane wyniki porównać z odpowiednimi czasami życia określonymi na drodze eksperymentalnej. Istnieje kilka metod doświadczalnych:

  1. Bezpośredni pomiar czasu życia. Dla stanów długożyciowych czas połowicznego zaniku aktywności można mierzyć bezpośrednio. Dla stanów krótkożyciowych można posłużyć się elektroniczną techniką pomiarów koincydencji opóźnionych. Koniecznym sygnałem startowym może być reakcja jądrowa prowadząca do populacji stanów wzbudzonych lub rozpad promieniotwórczy. W stosunku do tego sygnału rejestruje się następnie czasowy rozkład rozpadów γ. Metodę tę można stosować aż do czasów rozpadu rzędu 10–11s.
  2. Pomiar szerokości naturalnych linii. Szerokość naturalną linii można w wielu wypadkach zmierzyć wykorzystując zjawisko Mössbauera. Z wielkości tej wynika bezpośrednio średni czas życia.
  3. Metody wykorzystujące wzbudzenie kulombowskie. O wzbudzeniu kulombowskim mówimy wówczas, gdy jądro jest wzbudzane elektromagnetycznie przez przelatujący w jego pobliżu jon. Z natężenia linii można wówczas bezpośrednio określić wartość elementu macierzowego (w rachunku z elektrodynamiki kwantowej). Czasy życia leżą w zakresie 10–8 > τ > 10–14s.
  4. Metody dopplerowskie.

Metody, o których będzie traktować dalsza część materiału, to metody wykorzystujące zjawisko Dopplera. Liczba pomiarów tą metodą znacznie wzrosła w ostatnim czasie na skutek postępu technologicznego jaki dokonał się w elektronice, budowie komputerów, akceleratorów a przede wszystkim w budowie detektorów germanowych promieniowania γ.

[Rozmiar: 24301 bajtów] [Rozmiar: 23053 bajtów] [Rozmiar: 22814 bajtów] [Rozmiar: 23661 bajtów]
Fotografie układu detekcyjnego OSIRIS ze Środowiskowego Laboratorium Ciężkich jonów w Warszawie. Widoczne są detektory germanowe.

Do pomiarów czasów życia poziomów jądrowych z wykorzystaniem efektu Dopplera służą dwie metody:

  1. Recoil Distance Method (RDM) – metoda odległości przelotu jąder odrzutu
  2. Doppler Shift Attenuation Method (DSAM) – metoda osłabienia przesunięcia Dopplera w trakcie hamowania jądra emitującego kwant gamma

Obie metody opierają się na obserwacji zjawiska przesunięcia dopplerowskiego energii kwantu gamma emitowanego przez źródło w ruchu (względem układu laboratorium). Energetyczne przesunięcie dopplerowskie (przypadek relatywistyczny) dane jest wzorem

eq5

gdzie: θ kąt między kierunkiem obserwacji i kierunkiem wiązki, β = v/c. Dla małej prędkości β (rzędu kilku %) wzór ten można zastąpić wyrażeniem przybliżonym:

E(θ) = E0 (1 + β cosθ)

Źródła:
• Theo Mayer-Kuckuk „Fizyka jądrowa”, Wydawnictwo Naukowe PWN, wydanie drugie, Warszawa 1987
• Ernest Grodner, praca magisterska wykonana w Zakładzie Fizyki Jądra Atomowego Uniwersytetu Warszawskiego w 2002 r.