Кулоновское возбуждение ядра

переход атомного ядра из невозбуждённого (основного) состояния в возбуждённое в результате электростатического взаимодействия с налетающей заряженной частицей (электростатическое взаимодействие описывается Кулона законом). Наблюдается при бомбардировке мишени ускоренными заряженными частицами (протонами, дейтронами, α-частицами и др.) и наиболее отчётливо проявляется в том случае, когда энергия налетающей частицы не слишком велика, так что кулоновское отталкивание препятствует её проникновению в ядро. Из-за дальнодействующего характера кулоновских сил К. в. я. осуществляется и при больших (по сравнению с размерами ядра) расстояниях между частицей и ядром (когда короткодействующие ядерные силы не проявляются).

К. в. я. было предсказано теоретически В. Вайскопфом в 1938, а впервые было наблюдено экспериментально в 1953. Измерение эффективного сечения К. в. я. осуществляется либо путём регистрации неупруго рассеянных бомбардирующих частиц, либо путём регистрации γ-квантов или конверсионных электронов, испускаемых возбуждённым ядром (см. Конверсия внутренняя).

Т. к. электромагнитные процессы лучше поддаются теоретическому описанию, чем ядерные, то К. в. я. не слишком быстрыми частицами является важным методом изучения ядер. К. в. я. — один из методов ядерной спектроскопии (См. Ядерная спектроскопия). В результате исследования К. в. я. удаётся определить энергии возбуждённых уровней ядер, ихСпины, вероятности электромагнитных переходов и др. Кроме того, могут быть определены электрический квадрупольный момент ядра (См. Квалрупольный момент ядра)Q₀, а также (измерением углового распределения γ-квантов в магнитном поле) дипольный магнитный момент возбуждённого ядра (см. Ядро атомное).

В экспериментах по К. в. я. используются также ускоренные тяжёлые многозарядные ионы, например ¹⁴N⁺, ²⁰Ne⁺, ²²Ne⁺, ³²S⁺, ⁴⁰Ar⁺. Вследствие того что проницаемость потенциального кулоновского барьера для таких частиц меньше, с их помощью удаётся возбуждать ядерные уровни с энергиями > 1 Мэв.

Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., в. 2, М., 1969; Гамма-лучи. Сб. ст., М.— Л., 1961.

В. П. Парфенова.

КУЛОНОВСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ ЯДРА

- возбуждение сталкивающихся ядер, вызываемое эл.-магн. взаимодействием между ними. К. в. я. осуществляется даже при больших (относительно размеров ядра) расстояниях между ядрами. Сечение К. в. я. путём электрич. перехода с мультипольностью L, вычисленное в квазиклассическом приближении в 1-м порядке теории возмущений, т. с. в предположении, что это сечение много меньше сечения резерфордовского рассеяния, имеет вид

Здесь В (EL) - приведённая вероятность электрического EL -перехода из осн. состояния (i) ядра в возбуждённое (F); 2а - наим. расстояние при лобовом столкновении частиц:

где Z₁, Z₂ - ат. номера налетающей частицы и ядра мишени, , - скорости налетающей частицы до и после столкновения, т ₀ - приведённая масса сталкивающихся частиц; f_EL() - ф-ция безразмерных параметров и :

Величина характеризует возможность квази-классич. описания движения ядер. Оно возможно для достаточно больших значений . В большинстве случаев ; но уже при =5 ошибка в значении f_E2, вычисленного квазиклассически, 2%. Ф-ция f_E резко зависит от -при изменении от 0 до 1,5 величина f_E2 уменьшается в 10³ раз [1]. Если энергия возбуждённого уровня много меньше энергии , передаваемой при столкновении, то выражение для приобретает вид

Сечение (EL )уменьшается примерно на 2 порядка при увеличении L на 1. Эксперим. значения В (EL )для <3 МэВ меньше теоретических в 10³-10⁶ раз. Поэтому К. в. я. путём дипольных переходов на опыте не наблюдалось. Измеренные В (Е2 )больше теоретической (одночастичной) оценки, что указывает на коллективные возбуждения ядра. Измерения В (Е3)и В(E4) показали, что иногда они также на 2 порядка больше теоретических [2]. Для магн. переходов сечения К. в. я. в (/с)² раз меньше сечений электрич. переходов той же мультипольности (на опыте не наблюдались).

Сечения К. в. я. измеряются регистрацией неупруго рассеянных бомбардирующих частиц или -квантов, испускаемых возбуждённым ядром. Реже, в случав возбуждения тяжёлых ядер и малых , вместо -квантов детектировались конверсионные электроны (см. Конверсия внутренняя). В случае g-квантов применяются толстые мишени и полупроводниковые детекторы[напр., Ge (Li)], обладающие высокими эффективностью регистрации -квантов и энергетич. разрешением.

Использование тяжёлых налетающих ионов [3, 4] даёт возможность изучить К. в. я., уровни к-рых характеризуются большими или малыми B(Е2), а также лёгкие ядра [5]. В нек-рых случаях возбуждаются уровни ядер самих бомбардирующих тяжёлых ионов, напр. первые возбуждённые состояния ионов ²⁰Ne, ²¹Ne и ²²Ne. Правильная интерпретация экспериментов с тяжёлыми ионами, основанная на применении ур-ния (1), возможна, если вероятность К. в. я. (пропорциональная Z₁²) остаётся достаточно малой.

Изучение углового распределения и поляризации -лучей, испускаемых при К. в. я., даёт сведения о спинах и чётности состояний, характере и коэф. смеси испускаемого излучения в случае смешанного перехода (определяются величина и знак , где - отношение интенсивностей E2-перехода и магн. M1-перехода). Зная и В (Е2), можно получить значения В (M1)для смешанных переходов. Др. возможность определения В (M1)заключается в измерении полного времени жизни состояний (напр., по измерению ослабления доплеровского смещения -излучения [6]).

При больших значениях вероятности К. в. я. возможны дву- и многократные процессы возбуждения. Учёт 2-го порядка в теории возмущений позволил оценить вероятность возбуждения триплетных состояний 0⁺, 2⁺ и 4+ (, где I - полный угловой момент, - чётность), связанных с двухфононным возбуждением в четно-чётных ядрах [7], и уточнить вероятность возбуждения 2⁺ -состояния. При этом наряду с прямым возбуждением учитывается и двухступенное, т. е. переход из осн. состояния ядра в один из т магн. подуровней уровня 2⁺ и последующий переход его в др. подуровень. Измерения вероятности возбуждения состояния 2⁺ позволяют наряду с В (Е2) определить знак и величину матричного элемента -перехода и связанного с ним статич. квадрупольного момента ядра Q(2⁺ [8].

Вероятность К. в. я. с помощью тяжёлых, ускоренных до большой энергии (5 МэВ) частиц резко растёт с их энергией Z₁, и создаются условия для осуществления многократного кулоновского возбуждения высокоспиновых состояний ядер. Если вероятности возбуждения, вычисленные в 1-м порядке теории возмущений, 1, то квазиклассич. теория неприменима [10]. Методом многократного К. в. я. удалось возбудить высокоспиновые состояния в ряде ядер и определить энергии состояний и значения В (Е2 )для переходов между высокоспиновыми состояниями; в частности, в ²³⁵U возбуждено состояние со спином I=30 [9, 10]. Пример многократного К. в. я.- кулоновское деление ядра ²³⁸U при столкновении с ядрами ¹⁸⁴W, ускоренными до 5- 5,5 МэВ/пуклон [11].

Лит.:1) Альдер К. и др.. Изучение структуры ядра при кулоновском возбуждении ионами, в кн.: Деформация атомных ядер, пер. с англ., М., 1958, с. 9; 2) Diamond К. М., Е2 static moments and Е2, Е4 transition moments by Coulomb excitation, "J. Phys. Soc. Jap.", 1973, v. 34,Suppl., p. 118; 3) Гринберг А. П., Лемберг И. X., О кулоновском возбуждении ядер тяжелыми ионами, "ЖЭТФ", 1956, т. 30, с. 807; 4) Андреев Д. С. и др., Исследование кулоновского возбуждения ядерных уровней при помощи ускоренных многозарядных ионов, "Изв. АН СССР. Сер. физич.", 1961, т. 25, с. 832; 5) Андреев Д. С., Ерохина К. И., Лемберг И. X., Кулоновское возбуждение ядра Ne²¹, там же, 1960, т. 24, с. 1478; 6) Лемберг И. X., Пастернак А. А., Аттенюация допплеровского смещения энергии a-лучей, там же, 1974, т. 38, с. 1600; 7) Гангрский Ю. П., Лемберг И. X., Кулоновское возбуждение вторых уровней четно-четных ядер, там же, 1962, т. 26, с. 1001; 8) De Boer J., Eichler J., The reorientation effect, "Adv. Nucl. Phys.", 1968, v. 1, p. 1; 9) Оwеr Н. и др., Structure of highspin states in ²³²Th, ²³⁴U and ²³⁶U, "Nucl. Phys.", 1982, v. A 388, p. 421; 10) Winther A.,de Boer J., A computer program for multiple Coulomb excitation, в кн.: Coulomb excitation, N. Y. -L., 1966, p. 303; И) Васkе Н. и др., Direct observation of Coulomb fission of ²³⁸U with ¹⁸⁴W projectiles, "Phys. Rev. Lett.", 1979, v. 43, p. 1077.

А. П. Гринберг, И. Х. Лемберг.