Доповідач
Опис
Фотоядерні реакції з вильотом нейтрона в області енергії гігантського дипольного резонансу (ГДР) [1] протягом останніх десятиліть досліджувались доволі ретельно для різних ядер. В той же час експе-риментальних даних значно менше відносно (γ,n)-реакцій з заселенням ізомерних станів, причому ці стани в ядрах кадмію, телуру та олова не досліджувались взагалі. В той же час дані про заселення цих ізомерів дозволять отримати інформацію як про механізми перебігу даних реакцій, так і структуру збуджених рівнів в околі енергій ізомерних рівнів. Виходячи з вищевикладеного метою даної роботи є дослідження виходів напрацювання ядер 119Tem, 121Tem, 123Tem, 125Tem, 127Tem, 129Tem, 111Cdm, 115Cdm та 117Snm в (γ,n)-реакції при опроміненні мішеней металічного кадмію, телуру та олова гальмівними га-мма-квантами з енергією в області ГДР.
Дослідження середньозважених виходів проводилось активаційним методом на гальмівному γ-пучку для електронів з максимальною енергією 17.5 МеВ на мішенях природного металічного танта-лу, золота, кадмію, телуру та олова. В якості гальмівної мішені використовувався металічний тантал товщиною 1.05 мм, за яким на відстані 8 см розміщувались досліджувані мішені. Мішені золота та танталу використовувались для отримання потоку гальмівних γ-квантів за допомогою реакцій 197Au(γ,n)196Au та 181Ta(γ,n)180Ta, відповідно. Експериментальні перерізи даних реакцій добре відомі для монохроматичних γ-квантів в досліджуваному енергетичному діапазоні. Виконувалось декілька серій опромінень та вимірювань в низькофоновій спектрометричній лабораторії.
Спектри опромінених мішеней вимірювались на двох гамма-спектрометрах, зібраних на базі над-чистих напівпровідникових детекторів фірм Canberra та Ortec з ефективністю реєстрації 15 та 40 % порівняно з NaI(Tl)-детектором розмірами 3′′×3′′. Енергетична роздільна здатність спектрометрів склала 1.9 кеВ на γ-лінії 1173 та 1332 кеВ з розпаду 60Со.
В γ-спектрах, обробка яких проводилась за допомогою програми Winspectrum [2] надійно виділені γ-переходи, які супроводжують розпад ядер 119Tem, 121Tem, 123Tem, 125Tem, 127Tem, 129Tem, 111Cdm, 115Cdm,117Snm, 196Au та 180Ta як за величиною енергії, так і за періодом напіврозпаду. Зокрема на рис. 1 показано фрагмент γ-спектру опроміненої мішені металічного телуру.
Рис. 1. Фрагмент γ-спектру активованої мішені природ-ного металічного телуру. Його маса склала 3,5 г. Три-валість опромінення 2 годи-ни, тривалість витримки 11 діб, час вимірювання 18 діб.
Моделювання гальмівного спектру проводилось в рамках програмного коду Geant4 [3]. В той же час при вимірюванні наведеної активності мішеней коефіцієнти самопоглинання γ-квантів, які відпо-відають розпадам досліджуваних нуклідів розраховувались в рамках програмного коду MCNP [4].
Використовуючи стандартні формули активаційного аналізу [5] були розраховані експерименталь-ні значення середньозважених виходів досліджуваних реакцій , які наведені в таблиці 1.
Було проведено моделювання досліджуваних реакцій в рамках програмного коду TALYS-1.96 [6]. Розраховані теоретичні виходи ( ) також показані в таблиці разом із енергетичними бар’єрами зазначених реакцій (Q).
Таблиця 1. Середньозважені виходи (γ,n)-реакцій на ядрах телуру, кадмію та олова
Реакція
Q, МеВ , мбн
120Te(γ,n)119Tem 9.8 12.5(17) 6.70(33)
122Te(γ,n)121Tem 7.3 12.3(12) 7.60(38)
124Te(γ,n)123Tem 7.4 32.3(29) 17.3(9)
126Te(γ,n)125Tem 10.9 65.1(66) 14.3(7)
128Te(γ,n)127Tem 7.3 16.7(30) 11.1(6)
130Te(γ,n)129Tem 8.5 26.7(56) 13.8(7)
112Cd(γ,n)111Cdm 9.8 5.6(5) 4.90(25)
116Cd(γ,n)115Cdm 8.9 8.9(32) 9.3(5)
118Sn(γ,n)117Snm 9.6 5.1(4) 9.2(5)
Для середньозважених виходів ( ), які розраховувались як згортка теоретичних перерізів, отриманих з коду TALYS-1.96 з гальмівним γ-спектром, похибка складається лише з похибки моде-лювання гальмівного спектру в коді Geant4, яка знаходиться в межах 5 % для даних граничних енергій гальмівних гамма-квантів.
Похибка потоку гальмівних γ-квантів в переважній більшості випадків є домінуючою при розра-хунку середньозважених виходів і знаходиться в межах 7 %. В нашому випадку похибки визна-чення квантових виходів в більшості випадків складали менше 1 %, оскільки ми використовувалися найбільш інтенсивні γ-лінії, статистична похибка визначення площ піків знаходилась в межах 1-6 %. Похибка визначення ефективностей реєстрації коливалася в межах 2-3 %, оскільки проводяться від-носні вимірювання. Тому загальна похибка середньозважених виходів знаходилась в межах 8-10 %. Окремі невизначеності, які значно перевищують 10% пов’язані зі значною похибкою квантових вихо-дів деяких γ-квантів.
Як видно з таблиці середньозважені виходи більшості (γ,n)-реакцій на ядрах телуру перевищують теоретичні дані у 1.5-2 рази. Це свідчить про значний внесок нестатистичних процесів в механізм перебігу даних реакцій. В той же час для ізотопів кадмію домінує статистичний механізм, оскільки теоретичні дані збігаються з експериментальними в межах похибки експерименту. Реакція 118Sn(γ,n)117Snm потребує додаткового аналізу.
- Yu.P. Gangrsky, V.М. Mazur Phys.El. Part.At.Nucl. 33(3) (2002) 158.
- N.V. Strilchuk The WinSpectrum manual (2000).
- S. Agstinelli et al. Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res A 506 (2003) 250.
- J.F. Briesmeister, MCNP—A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Los Alamos National Laboratory Report LA-12625-M, 989, 1997.
- V.A. Zheltonozhsky et al., Eur. Phys. Jour. A 57, 121 (2021)
- A.J. Koning, S. Hilaire and M. C. Duijvestijn TALYS: Comprehensive nuclear reaction modeling. In: AIP Conference Proceedings. Proc. of the Inter. Conf. on Nucl. Data for Science and Technology, San-ta Fe, USA, 26 September-1 October, 2004 (Washington, 2005) p. 1154.
