ИЯИ РАН - Возбуждение высокоспиновых изомерных
состояний протонами средних энергий

В отличие от ядерных реакций с частицами низких энергий, где обычно изучается возбуждение изомерных состояний с малым спином (несколько единиц h), в ядерных реакциях с частицами средних энергий угловой момент остаточного ядра может быть высоким (несколько десятков единиц h). Явление возбуждения метастабильных ядерных состояний с высоким спином (> 10 h) было обнаружено в экспериментах по изучению поглощения остановившихся р^- -мезонов ядрами, выполненных в ОИЯИ [1- Бутцев В.С. и др...ЯФ.-1976.- 23.- с17], и в последующие годы было детально исследовано на мезонных фабриках в Швейцарии и США. Объяснение этому явлению было дано в [Iljinov A.S., Nazaruk V.I., Chigrinov S.E. //Nucl Phis.- 1976.-A268-P.513]. В работах [Ильинов А.С., Назарук В.И. // Программа экспериментальных исследований на мезонной фабрике ИЯИ АР СССР. сб.трудов - М. 1979.- с.149 и Iljinov A.S., Nazaruk V.I., Chigrinov S.E. //Nucl Phis.- 1982.-A382-P.378] было предсказано, что это явление должно иметь универсальный характер и наблюдаться в реакциях с другими частицами. В этих работах было показано также, что измерение изомерного отношения является эффективным способом исследования механизма поглощения частиц средних энергий ядрами. Однако до настоящего времени исследования возбуждения высокоспиновых состояний протонами средних энергий не проводились. В настоящем эксперименте возбуждение метастабильных ядерных состояний с высоким спином (10-20 h) в реакциях (р, хруп) изучается методом активационного анализа облученных мишеней с использованием off-line у-спектроскопии. Использовались моноизотопные или близкие к ним по содержанию основного изотопа тонкие (10¹⁹ - 10²⁰ яд/см²) металлические мишени ¹⁸¹Та(99,9877%), ⁹³Nb( 100%), ¹⁹⁷Au(100%) и ¹⁴⁵In(95,77%). Использование тонких мишеней позволяет проводить облучение значительным протонным током без специальных систем охлаждения и, в перспективе,  применять метод  β-γ   и   γ-γ - совпадений.

Исследуемые мишени облучались в специальном устройстве с системой дистанционного перемещения этих мишеней, схематически показанном на рис.1. Это устройство расположено на протонном пучке во временной экспериментальной зоне ММФ. Оно позволяет облучать в одном сеансе до трех сборок (по 3-4 мишени +Аl-фольга для калибровки интеграла протонного тока по наведенной активности). Облучения проводятся протонами с энергиями от 160 МэВ до 420 МэВ и интегральным током, величина которого определяется временем жизни получаемого продукта реакции.

Измерения   γ  - спектров распада возбужденных состояний с временами жизни от нескольких десятков часов до нескольких десятков и даже сотен суток проводятся в специальном низкофоновом помещении с помощью γ-детекторов высокого разрешения. Планарный детектор используется для измерений γ-спектров в области энергий от 40 кэВ до 600 кэВ с энергетическим разрешением 150-500 эВ и эффективностью регистрации от 25% до 5% в исследуемом интервале. В высокоэнергетической области (150-2500 кэВ) используется Ge(Li)- детектор объемом 60 см³, имеющий энергетическое разрешение 2,7 кэВ на линии ⁶⁰ Со с энергией 1,33 МэВ. Анализ спектров является сложным и трудоемким процессом, поскольку содержит информацию о нескольких десятках радиоактивных изотопов с различными временами жизни для каждой облученной мишени. Только последовательные измерения γ-спектров во времена, отстоящие от момента облучения на сутки и более (до нескольких месяцев), позволяют разделять вклады короткоживущих от долгоживущих состояний, кумулятивные выходы от выходов их предшественников и методы анализа  γ - спектров с использованием β-γ и γ-γ-совпадений, систем подавления комптоновского рассеяния, а также радиохимических методов выделения продуктов реакции.

В качестве примера на рис. 2 показана низкоэнергетическая часть  γ -спектра, полученного в реакции ¹⁸¹ Та (р, хр уп). На спектре хорошо видно, что даже в области 100 эВ γ-линии хорошо разделяются и позволяют проводить однозначный анализ с достаточно высокой степенью надежности. Облучения проводились при энергиях 325, 305, 247, 209, 160 и 145 МэВ на ММФ.

В дальнейших исследованиях планируется использовать при облучениях быстрый (порядка нескольких сек) транспорт для исследования короткоживущих активностей.