Atom fizikasi

6- LABORATORIYA ISHI


GAMMA KVANTLARNI MODDALARDA YUTILISHINI O’RGANISH

Ushbu laboratoriya ishining bajarilishidan maqsad -kvantlar dastasini moddalardan o’tishi jarayonida shu modda atomi elektronlari va yadrosi bilan ta’sirlashishi tufayli yutilishini o’rganishdir. Gamma kvantlar energiyasi bir necha kiloelektrovolьtdan bir necha million elektrovolьtgacha bo’lgan juda qisqa to’lqin uzunligi elektromagnit to’lqinlardir. Bunday elektromagnit to’lqinlar dastasini olishini asosan ikkita usuli mavjud bo’lib, ulardan birinchisi tezlatgichlarda (betatron yoki mikrotron) tezlatgan yuqori energiyali elektron dastasini Volьfram nishioni bilan ta’sirlashib tormozlanishidan hosil qilinadi. Bu tormozlangan elektromagnit nurlarni dastasidagi -kvantlar energiyasi bir necha KeV dan o’nlab MeV gacha bo’lgan uzluksiz spektrga ega bo’ladi. Bunday -kvantlar dastasi asosan fotoyadro reaktsiyalarini o’rganishda va boshqa texnik hamda halq ho’jaligi uchun zarur bo’lgan muommolarni yechishda foydalaniladi.

O’quv laboratoriyalarida foydalaniladigan -kvantlar dastasi esa ikkinchi usul, ya’ni radioaktiv yadrolardan foydalanish yo’li bilan olinadi. Bunday -kvantlar dastasining manbalarini jadalligi va energiyalari kichik bo’lganligi sababli ularning o’quv laboratoriyasi xodimlari, tlabalar va o’quvchilar sog’liqlariga ziyoni bo’lmaydi. Ma’lumki tabiatdagi  bo’lgan ximiyaviy elementlarni barcha izotoplari radioaktiv bo’lib, ular o’z-o’zidan yemirilish xususiyatiga egadir. Yemirilish natijasida boshqa elementlar hosil bo’ladi va bu jarayonda yuqori energiyali zarrachalar hamda -kvantlar nurlanadi. Ko’p hollarda radioaktiv yadrolar ,- nurlarni chiqarib boshqa yadrolarning uyg’ongan holatini hosil qiladi va bu uyg’ongan holat energiyasi o’sha yadrodagi nuklonlarni bog’lanish energiyasidan kam bo’lganda yadro pastki energetik holatiga yoki asosoiy holatiga -nur chiqarish yo’li bilan o’tadi. Yadroning asosiy holati deganda biz uning eng kichik energiyali holatini tushunamiz, boshqa holatlar esa uni uyg’ongan holati bo’ladi. Asosiy holatdagi yadrolar tashqi ta’sir, ya’ni yadro reaktsiyalari natijasida energiya yutish yo’li bilan ham uyg’ongan holatga o’tadi. Agarda asosiy holat energiyasini Ye₀ desak, u holda yadroning uyg’onish energiyasi
EE_p-E₀ (1)
bo’ladi. Yadro har bir holatda ma’lum spin (J) va juftlik () ga ega bo’ladi. Odatda yadroning holatlari J^ ko’rinishda belgilanadi, bunda juftlik () musbat yoki manfiy bo’ladi.
Ko’pgina yadrolarning uyg’ongan holatda bo’lish vaqti 10^-10 sekunddan bir necha yillargacha bo’lishi mumkin. Yadrolarning uyg’ongan holda bunday uzoq yashashi ularni -nurlanishlari tanlanish qoidasi asosida bo’lishini ko’rsatadi. Masalan energiyasi Ye_hv bo’lgan -kvant yadro spini J_i va juftligi _i bo’lgan boshlang’ich (i) holatdan spini J_f va juftligi _f-bo’lgan (f)holatga o’tganda nurlanib chiqsin. Bunda elektromagnit maydon nurlanishini muayyan  mulьtipollik bilan xarakaterlasak, mazkur mulьtipollikka ega bo’lgan -kvant tomonidan olib ketiladigan harakat miqdori momenti  ga teng bo’ladi va  bo’yicha tanlanish qoidasi quyidagichadir:
(2)
Nurlanishning turli juftlik () bo’yicha tanlash qoidalaridan aniqlanadi. Juftlik o’zgarmasa ( M1, Ye2 va x.k. (magnit dipolь, elektr kvadrupolь va x.k.) juftlik o’zgarsa ()E1, M2 va x.k. (elektr dipolь, magnit kvadrupol va x.k.) nurlanish yuz beradi, qisqacha quyidagicha belgilanadi:
(3)
Ushbu laboratoriya ishida -nurlar dastasini manbai sifatida ⁶⁰₂₇So radioaktiv izotopidpn foydalaniladi. Bu izotop yadro reaktorida kobalьtning turg’un izotopi 59₂₇So-ni neytronlar bilan nurlantirish yordamida olinadi. Bunda ushbu yadro reaktsiyasi sodir bo’ladi:
(4)
Hosil bo’lgan izotop ⁶⁰₂₇So T_125,3 yil yarim yemiririlsh davriga ega bo’lgan -radioaktiv izotop bo’lib u quyidagi yemirilish chizmasiga ega.

CHizmadan ko’rinib turibdiki ⁶⁰₂₇So izotopi ^-emirilish natijasida ⁶⁰₂₈Ni izotopini ikkinchi uyg’ongan holati (J^4^) ga o’tadi. J^5^ va J^0^ , J^5^ va J^2^ holatlarning spinlar farqi katta bo’lganligi uchun (birinchisida J5-05 ikkinchisida J5-23) ular o’rtasidagi ^--o’tish ehtimolligi nolga yaqin.
Nikelьning ⁶⁰₂₈Ni-izotpi o’zining ikkinchi uyg’ongan holati (J^4^) dan asosiy holati (J^0^ ) ga to’g’ridan-to’g’ri o’tib nurlanadigan -kvantlarning mulьtipolligi (4) katta bo’lganligi sababli taqiqlandi. SHuning uchun avval 4^ dan 2^ holatga 1,170 MEV energiyali keyin 2^ dan 0^ holatga 1, 330 MEV energiyali ketma-ket -kvantlar chiqarish yo’li bilan asosiy holatiga o’tadi. Ikkala holda ham -kvantlarning mulьtipolligi 2 ga teng va shuning uchun bu o’tishlar Ye2-xarakateridagi elektr kvadrupolь o’tishdir.
Yadrodan chiqayotgan -kvantlarni energiyasini gamma spektrometrlar yordamida katta aniqlikda o’lchash mumkin.
Biz ushbu ishda turli muhitdan o’tayotgan -kvantlarni chiziqli yutilish koeffitsentini aniqlaymiz. Muhitdan o’tayotgan -kvantlar dastasi quyidagi eksponentsial qonun bilan kamayadi:
(5)
bu yerda N₀, N(x)- kvantlar dastasining boshlang’ich va x qalinlikdan o’tgan qiymatlari.  kvantlarning muhitda yutilish koeffitsienti gamma kvantlarni muhitda yutilish bir nechta jarayon asosida bo’lganligi sabali, har bir jarayonga mos keluvchi _i-yutilish koeffitsienti mavjuddir, to’la yutilish koeffitsienti esa .
Yutilish asosan uchta jarayon, ya’ni fotoeffekt , kompton sochilish va elektron-pozitron juftlarini hosil bo’lishi hisobiga bo’ladi.
Fotoeffektr va elektron-pozitron juftlarni hosil bo’lishida tushayotgan foton dastadan yo’qoladi. Kompton sochilishda esa energiyasi o’zgargan holda tushayotgan fotonlar dastasidan chetga sochiladi.
SHunday qilib -yutilishning to’la koeffitsienti

Bu jarayonlarning kechishi tushayotgan -kvantlarni energiyasiga va -kvantlar utayotgan muhitning -tartib soniga bog’liq.
Fotoeffekt hodisasi asosan kichik energiyali fotonlarda, elektron-pozitron juftlarini hosil bo’lishi yuqori (E2m_ec²) energiyali fotonlarda sodir bo’ladi.
Gamma kvantlarni yutilish koeffitsienti tajribada o’lchanib (5) formula yordamida aniqlanadi. Yutilish koeffitsienti bilgan holda -kvant energiyasini topish mumkin.