Ядерная спектроскопия

Я́дерная спектроскопия

Раздел ядерной физики, посвященный изучению дискретного спектра ядерных состояний — определение энергии, Спина, чётности (См. Чётность), изотонического спина (См. Изотонические растворы) и др. квантовых характеристик ядра в основном в возбуждённых состояниях. Значение этих данных необходимо для выяснения структуры ядер и получения сведений о силах, действующих между нуклонами (см. Ядро атомное). Установление перечисленных характеристик производится путём измерения энергий, интенсивностей, угловых распределений и поляризаций излучений, испускаемых ядром либо в процессе радиоактивного распада, либо в ядерных реакциях (См. Ядерные реакции). Получение спектроскопических данных по исследованию радиоактивного распада часто называется спектроскопией радиоактивных излучений, причём различают α-, β- и γ-спектроскопии в соответствии с типом излучений. В ядерно-спектроскопических исследованиях, основанных на использовании ядерных реакций, отчётливо выделены 3 направления: применение так называемых прямых ядерных реакций (См. Прямые ядерные реакции), кулоновского возбуждения ядра и резонансных реакций. В последнем направлении особое место занимает так называемая Нейтронная спектроскопия (изучение энергетических зависимостей вероятностей ядерных реакций, вызываемых нейтронами).

Арсенал технических средств современной Я. с. чрезвычайно разнообразен. Он включает в себя магнитные спектрометры для измерения энергий заряженных частиц, кристалл-дифракционные спектрометры для измерения энергий γ-излучения, различные Детекторы ядерных излучений, позволяющие регистрировать и измерять энергию частиц и γ-квантов по эффектам взаимодействия быстрых частиц с атомами вещества (возбуждение и ионизация атомов). Среди спектрометрических приборов этого типа большое значение приобрели твердотельные детекторы (см. Сцинтилляционный счётчик, Полупроводниковый детектор), сочетающие сравнительно хорошее энергетическое разрешение (относительная точность измерения энергии ~ 1—10%) с высокой «светосилой» (доля эффективно используемого излучения), достигающей в некоторых приборах величин, близких к 1 (энергетическое разрешение лучших магнитных спектрометров 0,1% при светосиле около 10^-3).

Благодаря появлению полупроводниковых детекторов и развитию ускорительной техники (см. Ускорители заряженных частиц), а также применению ЭВМ (для накопления и обработки экспериментальных данных и для управления экспериментом) стало возможным создание автоматизированных измерительных комплексов, позволяющих получить большие объёмы систематизированной прецизионной информации о свойствах ядер (см. рис.).

Методы Я. с. применяются практически во всех ядерных исследованиях, а также за пределами физики (в биологии, химии, медицине, технике); например, Активационный анализ опирается на данные о схемах распада радиоактивных изотопов; Мёссбауэра эффект, первоначально использовавшийся в Я. с. как метод измерения времён жизни возбуждённых состояний ядер, применяется для исследования электронной структуры твёрдого тела, строения молекул и др. Данные Я. с. необходимы также при химических, биологических и других исследованиях методами изотопных индикаторов.

Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пер. с англ., М., 1969. См. также лит. при ст. Ядро атомное.

А. А. Сорокин.

Блок-схема измерительного комплекса (на базе синхроциклотрона ОИЯИ) для изучения схем распада нейтронно-дефицитных ядер, образующихся при бомбардировке ядер мишени (например, Ta) протонами с энергией до 680 Мэв.