60Ni級聯(lián)γ躍遷中兩條γ射線的角度關聯(lián)測量,核物理論文

60Ni級聯(lián)γ躍遷中兩條γ射線的角度關聯(lián)測量,核物理論文射線的角分布測量和極化測量對譜學的研究有著重要的意義,它們是研究原子核構造和特性的重要方式方法.通過該測量能夠驗證原子核的躍遷方式,給出原子核的自旋和躍遷性質.原子核由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài),有時要連續(xù)的通過幾次躍遷,這時放出的輻射稱為級聯(lián)輻射.原子核放出一條射線后,接連地放出其級聯(lián)的概率W與兩級聯(lián)的夾角有關,即W是的函數(shù)角關聯(lián)函數(shù)[1].W()表示1和2之間夾角為時的相對概率,Pr(cos)為勒讓德多項式,r為偶數(shù),通常只取到4即可.圖1為筆者根據(jù)理論值[1]畫出的不同躍遷方式的級聯(lián)輻射的角關聯(lián)函數(shù),橫坐標為角度值(弧度制),縱坐標為W,圖中數(shù)字表示不同躍遷方式,華而不實42220代表60Ni的級聯(lián)躍遷方式.1和2級聯(lián)躍遷通常以Ia(L1)Ib(L2)Ic來表示[1],華而不實L1和L2表示1和2的角動量;Ia,Ib和Ic分別表示原子核始態(tài)、中間態(tài)和末態(tài)的自旋.因而42220表示60Ni的1173.3keV和1332.5keV兩條射線的角動量都是2,初始態(tài)、中間態(tài)和末態(tài)的自旋分別為4、2和0.1、實驗方式方法為簡化實驗,本文只測量90和180的符合計數(shù)率并通過下式得到各向異性度A的值:根據(jù)理論計算,對60Ni來講A=0.1667.通過將實驗測得的各向異性度與理論值比擬,就能夠定出60Ni有關能級的自旋以及其輻射的級次,即其躍遷方式.針對本實驗要求,我們自行設計了實驗平臺,如此圖2所示.整個平臺主要分為兩部分:中間的支撐架和兩條可近360旋轉的支撐臂.支撐架的底盤上繪制角度刻度,支撐臂上各有一滑塊,可移動,用于承載和固定探測器.實驗中選用的閃爍探測器為法國圣戈班公司生產(chǎn)的3英寸3英寸的溴化鑭探測器和5英寸5英寸碘化鈉探測器.這兩個探測器體積大且探測效率高是該實驗順利進行的關鍵.但同時,由于幾何尺寸較大探測器不能簡單地理想化為點,因而需要就實際實驗情況對理論值進行修正.我們選用活度為100Ci的60Co源進行實驗.它的衰變綱圖如此圖3所示.60Co發(fā)生衰變后變?yōu)樘幱诟吣芗?2505.8keV)的60Ni,之后60Ni便會級聯(lián)地放出1173.3keV和1332.5keV兩條射線.對于60Ni,我們采用符合的方式方法來保證公式(1)中測得的信號來自于同一次級聯(lián)輻射.2、理論修正由于本文選用的探測器體積較大,而且為保證計數(shù)率在可接受范圍內(nèi),探測器不能離放射源太遠,所以并非嚴格的90和180,而且不同角度上由于穿過探測器的途徑不同,探測效率也會變化,所以我們需要對式(1)中的Ar利用加權積分的方式方法進行修正.關于具體的修正方式方法,前人已經(jīng)給出[2].進行實驗時,碘化鈉探測器距放射源30.5cm,溴化鑭探測器距離放射源為20.5cm,探測器的尺寸已經(jīng)知道.這樣根據(jù)以下為以下為參考文獻[2]中的方式方法就能夠對式(1)角關聯(lián)函數(shù)進行修正,并最終得到修正過的各向異性度A=0.1647.3、實驗方式方法及電子學線路實驗電子學線路如此圖4所示.筆者利用定時甄別器(ORTEC584)閾值設定功能設計了類似于單道功能的電路.同一探測器輸出的脈沖信號分為兩路,輸入到兩個設定不同閾值的定時甄別器中,這兩個閾值之間就是我們感興趣的能量段.將兩路信號輸入到反符合單元中,下閾信號輸入到反符合端.這樣當探測器探測到的射線能量介于此上下閾之間時,反符合單元就會輸出脈沖信號.用此脈沖信號做門信號,將探測器輸出信號輸入到多道分析器(OR-TECAspec927)中,就能看到上下閾之間的能譜.這樣做的目的是為了將兩條射線的全能峰信號甄別出來,這樣能夠避免兩探測器之間康普頓信號的cross-talk效應,提高實驗精度.實驗中我們?nèi)′寤|探測器的1173.3keV全能峰信號和碘化鈉探測器的1332.5keV全能峰信號進行信號處理.實驗中利用符合計數(shù)與兩全能峰計數(shù)之比來代表W,即碘化鈉探測器的計數(shù)為N1,溴化鑭探測器的計數(shù)為N2,符合計數(shù)為Nc,假設這兩個探測器的效率分別為ε1()和ε2(),入射的光子數(shù)為N0,則有這樣利用兩個探測器的計數(shù)N1和N2以及符合計數(shù)Nc就能夠得到A.這樣做的原因是由于在實際實驗中很難將放射源正好放在支撐架的中心,所以在轉換角度后各路計數(shù)和符合計數(shù)都會變化,而這種變化跟角關聯(lián)沒有關系.因而本文的方式方法能夠消去這種變化的影響,而且由于單路計數(shù)遠大于符合計數(shù),因而不會對精度造成很大的影響.將所有的裝置根據(jù)圖4進行搭建,閾值調(diào)節(jié)適宜后就能夠輸入到計數(shù)器中,三路同時計數(shù),一段時間后改變角度,重新計數(shù).4、實驗結果分析最終得到的實驗結果如表1所示,幾組數(shù)據(jù)實驗條件完全一致,僅僅改變卡峰時的閾值.能夠想見,閾值在較大范圍內(nèi)變化僅僅會影響單路的計數(shù),對各向異性度不會有較大的影響.以第一列數(shù)據(jù)為例,根據(jù)式(1)中提到的W計算方式方法和式(2),最終得到:A=0.1665.經(jīng)過計算偶爾符合[3]基本上能夠忽略,統(tǒng)計誤差是最主要的誤差.根據(jù)統(tǒng)計誤差的定最終得A=0.051,即A=0.1670.051,與修正過的理論值完全符合.與此實驗值對應的理論躍遷方式是42220,這也和實際的60Ni兩個級聯(lián)射線能級自旋對應.同理可得,實驗2中A=0.1860.050.對3次實驗應用加權平均華而不實Ai和i分別為各次實驗得到的各向異性度和誤差,將表1中的數(shù)據(jù)代入,能夠得到3次實驗各向異性度的平均值和最終的誤差,最終的結果為A=0.1950.029.得到的平均值在誤差范圍內(nèi)和修正過的理論值比擬接近,講明實驗方案可行,但實驗精度尚需要進一步的提高.5、結論通過實驗測量值及理論修正值,兩者符合得較好.講明我們自行設計的實驗平臺及方式