8. Определение мультипольности  гамма-переходов в ЯРФ - эксперименте

    ЯРФ эксперименты позволяют определить мультипольность фотонов, участвующих в ядерных γ-переходах, и сделать заключение о спинах уровней, между которыми произошел переход. В случае экспериментов на неполяризованном γ-пучке, которыми ограничено наше рассмотрение, для нахождения мультипольности γ-перехода достаточно определить функцию W(θ) (см. (2.6) и (5.4)), являющуюся угловой частью сечения рассеяния, и обычно называемую "нормализированным угловым распределением".

Рис. 8.1

    Угловое распределение рассеянного излучения в случае неполяризованных падающих γ-квантов обладает азимутальной симметрией (т.е. не зависит от угла φ поворота вокруг оси z, вдоль которой движутся падающие фотоны).
    Для поляризованных фотонов функция W(θ,φ) зависит от двух углов - θ (рассеивающий или "scattering" угол) и φ (азимутальный угол).
    Вернемся к эксперименту с неполяризованными фотонами, когда определяют функцию W(θ) и по ее виду находят мультипольность γ-перехода. Расчет W(θ) является довольно громоздкой задачей и не входит в наши планы. Для теоретического описания W(θ) можно целиком использовать формализм угловых γ-γ корреляций, развитый задолго до появления ЯРФ - экспериментов. Мы используем готовые формулы , даваемые этим формализмом. Единственно на чем остановимся - покажем, что γ-γ коррелиции и ЯРФ - это два варианта одного и того же физического процесса. Сравним схемы этих двух процессов:

Рис. 8.2

Из сравнения двух схем следует, что эти два процесса по существу одинаковы. Один процесс сводится к другому заменой γ₁ => γ; γ₂ => `. При этом уровень i должен быть поставлен ниже уровня f.
    Ниже в таблице даны примеры рассчитанных в рамках формализма γ-γкорреляций функций W(θ) для разных вариантов сочетания спинов начального ( I<sub>i</sub>) и конечного ( I<sub>f</sub>) состояний. Указаны также мультипольности I  и I`  соответственно упавшего на мишень (γ) и рассеянного (`) фотона.

    В дальнейшем мы ограничимся случаем чистой ЯРФ для четно-четных ядер, имеющих в основном состоянии I₀ ^Po   = 0⁺ . В этом случае возможно однозначное определение мультипольности γ-перехода и спина I_r резонансного уровня. Схема чистой ЯРФ при этом выглядит так:

причем I = I` = I_r.
Далее рассмотрим лишь дипольные и квадрупольные переходы, т.е. процессы 010 и
020. Угловые распределения рассеянных фотонов для этих случаев таковы:

Практически в ЯРФ речь идет о дипольных и квадрупольных переходах (как наиболее вероятных) и эксперимент должен позволить отличить W₁(θ) от W₂(θ). Для этого достаточно измерить W(θ) лишь при двух углах: θ = 90^о и 127^о, т.к. при этих двух углах различие в W₁(θ) и W₂(θ) наибольшее.

Рис. 8.3

Оказывается, что W₁(90^о)/W₁(127^о) = 0.73;  W₂(90^о)/W₂(127^о) = 2.28. Столь сильное (более чем в три раза) различие для I =1 и 2 позволяет легко разделить эти мультипольности.