ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование двойного бета-распада ядер из "Изотопы Свойства, получение, применение Том 2" Реакция (10.5.1) называется двойным бета-минус или электронным распадом. Реакция (10.5.2) — двойной бета-плюс или позитронный распад. Распады или переходы ядер такого типа обозначают как 2г/2 -переходы. Третья и четвёртая реакции происходят путём захвата одного или двух электронов К-оболочки атома. Два нейтрино в правой части этих четырёх реакций дают основание называть их двухнейтринными. Двойной бета-распад ядра можно рассматривать как одновременный бета-распад двух нейтронов или двух протонов ядра. [c.33] Двойной бета-распад может происходить в тех изотопах, для которых обычный бета-распад энергетически запрещён ), в то время как изменение заряда ядра на две единицы с излучением двух электронов или позитронов энергетически выгодно. Такое соотношение между уровнями имеет место для ряда чётно-чётных ядер. Эту ситуацию иллюстрирует рис. 10.5.1, на котором изображена схема двойного бета-распада 0е. [c.33] ЛЯ её массу покоя. Подробно теоретические проблемы двойного бета-распада излагаются, например, в монографиях [5]. [c.34] Из формулы (10.5.6) следует, что обнаружение и измерение параметров безнейтринной моды О1/2/3-переходов позволит определить массовые параметры нейтрино. С этой ключевой проблемой современной физики связана большая экспериментальная работа по поиску Ои 2 -распадов. [c.34] Вероятность двойных бета-распадов или 2/5-переходов, являющихся процессами второго порядка (в стандартной теории), пропорциональна четвёртой степени константы слабого взаимодействия Этим объясняются большие наблюдаемые значения периодов полураспада — Т1/2 лет. Детектирование столь редких реакций составляет сложную экспериментальную задачу. Чувствительность экспериментов по двойному бета-распаду прямо пропорциональна количеству ядер распадающегося изотопа, используемого в экспериментальной установке, поэтому для измерений выгодно использовать максимально обогащённые изотопы. Эксперименты по 2/3-распаду требуют значительных количеств, от десятков граммов до сотен килограммов, стабильных изотопов с высокой степенью очистки от радиоактивных примесей. [c.34] Все экспериментальные установки для измерения двойного бета-распада, начиная с самых первых, представляют собой детекторы электронов, защищённые от внешних фоновых излучений. Масса исследуемых в детекторах изотопных образцов по мере прогресса экспериментальной техники возросла от десятков и сотен граммов в первых установках до десятков килограммов. На порядки возросла и степень защиты детекторов от фона. [c.35] Родившиеся нейтрино зарегистрировать невозможно, поскольку сечения их взаимодействия с веш,еством экстремально малы. [c.35] Среди детекторов двойного бета-распада есть устройства, измеряющие только суммарную энергию обоих электронов, детекторы, регистрирующие их энергию отдельно, и трековые детекторы, которые позволяют измерять импульс электронов. [c.36] ПИИ полупроводниковым детекторам из сверхчистого монокристаллического германия. Когда ионизирующая частица попадает в детектор, в кристалле германия рождаются пары электронов и дырок, и во внешней цепи, состоящей из источника напряжения и нагрузки, возникает импульс тока, интеграл которого пропорционален количеству рождённых пар носителей и, следовательно, энергии, затраченной на ионизацию. Частица, остановившаяся в кристалле детектора, генерирует таким образом электрический сигнал, пропорциональный её энергии. [c.37] Детекторы этого типа работают при температуре жидкого азота, чтобы минимизировать собственную проводимость кристалла. Они обладают наилучшим среди прочих ионизационных детекторов энергетическим разрешением, достигающим сотни эВ. [c.37] На рис. 10.5.3 вверху показана схема регистрации двойного бета-распада полупроводниковым детектором из монокристалла Ядра германия-76 являются внутренними источниками рождения пар электронов, которые при энергии 2 МэВ имеют длину пробега в кристаллическом германии порядка единиц миллиметров и в большинстве своём остаются внутри кристалла детектора. Нейтрино же, обладая высокой проникающей способностью, уносят всю свою энергию вовне и в детекторе не регистрируются. [c.37] На том же рисунке внизу приведена фотография внутреннего узла установки Гейдельберг-Москва , содержащего три монокристалла. В рабочем состоянии кристаллы находятся в вакууме и охлаждены до температуры жидкого азота. [c.37] Примером пассивного трекового детектора может служить установка МЕМО-З, схема которой показана на рис. 10.5.4 [61]. 2 радиоактивный источник этого детектора имеет форму вертикально расположенного цилиндра из фольги общей площадью около 20 квадратных метров. Большая часть источника изготовлена из обогащённого 1 Мо (и 7 кг). Установлены также образцы 5е, и Габариты установки превышают 4 метра. [c.38] Активным трековым детектором является детектор двойного бета-распада в эксперименте Института теоретической и экспериментальной физики [62]. Эта установка состоит из двух больших время-проекционных газовых камер, используюш,их обогащённый ксенон-136 и как источник двойных бета-распадов и как рабочий газ. Детекторы позволяют измерять траекторию и энергию электронов. Установка имеет высоту более пяти с половиной метров и содержит около 500 граммов Хе. Планируется на майларовую плёнку, разделяющую трековые камеры, нанести 50 граммов N(1. Это позволит одновременно с исследованием ксенона изучать двойной бета-распад неодима-150 в режиме пассивного трекового детектора. [c.39] Здесь Т)/2 — максимальный измеримый период полураспада ядра по безнейтринной моде, Л о число ядер 2 -излучающего изотопа, е — эффективность регистрирующей аппаратуры, i — время наблюдения, Мь — спектральная плотность фона в области ожидаемой суммарной энергии электронов, АЕ — энергетическое разрешение детектора, — суммарная масса вещества источника, с — концентрация в нём распадающегося изотопа, /i — массовое число изотопа, А — число Авогадро. [c.39] Из выражения (10.5.7) видно, что максимальный период полураспада, который можно измерить детектором, при прочих равных условиях прямо пропорционален изотопному обогащению источника и эффективности детектора, тогда как остальные параметры стоят под квадратным корнем. [c.39] Методически интересным является экспериментальное исследование двойных бета-переходов в возбуждённые состояния дочернего ядра. Гамма-пере-ход возбуждённых дочерних ядер в основное состояние является дополнительным признаком искомого процесса. В частности, было измерено значение периода полураспада 2 -перехода °Мо в первое возбуждённое 0+-состо-яние °°Ru, равное (5 ч-8) 10 ° лет [63]. В работе [64] получены нижние границы для двухнейтринных и безнейтринных двойных бета-переходов в возбуждённые состояния Мо. [c.40] В настоящее время предпринимаются энергичные усилия обнаружить эту новую моду распада ядер. Это важно для подтверждения новых физических свойств нейтрино, полученных из данных об осцилляциях атмосферных, солнечных и реакторных нейтрино. Поэтому можно прогнозировать расширение экспериментальных исследований двойного бета-распада и увеличение потребности в соответствующих изотопах. [c.40] Вернуться к основной статье