第30卷第11期2006年11月 高能物理与核物理 HIGH ENERGY PHYSICS AND NUCLEAR PHYSICS Vol.30,No.11 Nov.,2006 133Sm和149Yb的β缓发质子衰变* 徐树威1;1)谢元祥1李占奎1许甫荣2刘红亮2 1(中国科学院近代物理研究所兰州730000) 2(北京大学技术物理系北京100871) 摘要利用40Ca+96Ru融合蒸发反应产生了近质子滴线核133Sm,配合氦喷嘴带传输系统采用“质子-γ”符合方法观测了它们的β缓发质子衰变,其中包括半衰期、质子能谱、第二代子核低位态之间的γ跃迁,并估计出衰变到第二代子核不同低位态的分支比.通过统计理论拟合上述实验数据,指认了133Sm的自旋宇称的可能范围.并用Woods-Saxon Strutinsky方法计算了限制组态的133Sm的核势能面,通过对比发现133Sm的自旋宇称可能有两种成分:5/2+和1/2?.这一结果与2001年发表的133Sm(EC+β+)衰变的简单衰变纲图是相容的.此外用同一方法分析了2001年Eur.Phys.J.A12: 1—4中发表的有关149Yb的β缓发质子衰变实验数据,由此指认了149Yb的基态自旋宇称为1/2?. 关键词β缓发质子衰变核势能面自旋宇称 1977年前苏联Dubna实验室Bogdanov等人[1]曾发表过133Sm的β缓发质子(βp)衰变的实验数据,其半衰期为(3.2±0.4)s.他们仅仅通过统计理论计算拟合缓发质子能谱,建议133Sm的自旋宇称应为5/2+. 1985年美国LBL实验室的Wilmarth等人[2]利用在线同位素分离器研究和发表过133Sm的βp衰变的实验结果,133Sm的βp衰变的半衰期为(2.8±0.2)s.他们观测到了133Smβp衰变后所产生的能量为213keV的γ射线,这条γ射线对应于第二代子核132Nd的2+→0+的跃迁.Wilmarth等人指出:如果认为133Sm的自旋宇称为5/2+,那么根据统计模型计算布居到132Nd的4+的分支比为12%,但他们并没有观测到强度相当的132Nd的4+→2+的跃迁,即398keVγ射线.因此Wilmarth等人对Bogdanov等人的建议提出了质疑. 1993年Breitenbach等人[3]报道,观测到了属于133Sm (EC+β+)衰变的能量为369.6keV和156.8keV的γ射线,它们的半衰期为(3.7±0.7)s.2001年我们[4]建议了133Sm(EC+β+)衰变的简单衰变纲图.根据Galindo-Uribarri等人[5]报道的133Pm的能级纲图,我们建议的衰变纲图中的214.5keV+x,84.5keV+x和0.0+x的能级应修改为分别对应于7/2+,5/2+和3/2+.我们注意到,这些衰变γ射线分成了无相互联系的两组.一组包括有一条84.5keVγ射线,它对应于子核133Pm的5/2+至3/2+的γ跃迁,可以认为这条γ射线是来自母核133Sm的5/2+的衰变,其半衰期为(2.8±0.5)s;另一组包括369.6和156.8keV的γ射线,其半衰期测定为(3.4±0.5)s;这两组γ射线的半衰期也有些不同. 本工作旨在对133Sm的βp衰变实验进行进一步的研究.希望能够找到它的βp衰变和(EC+β+)衰变之间的关联,以便澄清前期文献中的相关结论.另外我们还对2001年本组[6]发表的有关149Yb的βp衰变实验数据进行了统计模型分析. 本实验是在中国科学院兰州重离子加速器国家实验室进行的.实验装置请见文献[7]的图1.由SFC加速器引出的40Ca12+重离子束先穿过1.89mg/cm2厚的Havar窗,进入充满一个大气压氦气的靶室,穿过氦气层和铝降能片,最后轰击富集的金属同位素靶96Ru.靶子的富集度好于85%,其厚度约为1.4mg/cm2.束流强度约为40pnA.133Sm是通过融合蒸发2pn反应道产生的.反应产物在靶室中慢化并附着在添加剂的大分子团上,经过氦喷嘴驱动喷射到放置于收集室的传送带上.然后快速带传输系统把附着在传送带上的放 2006–01–24收稿 *国家自然科学基金(10375078,10475002)资助 1)E-mail:xsw@impcas.ac.cn 1067—1070
核素裂变截面分析 6.1 核反应截面测量原理 6.1.1 裂变截面的计算公式推导 假定样品质量为M ，母核X 的原子量为A ，丰度为η，测量时间为T 3，反应道X(n,b)Y 的截面值为σ，样品辐照时间为T 1，辐照期间的平均中子注量率为φ（由27Al(n,α)24Na 监测反应测得）冷却时间为T 2，如图6.1.1所示。 t 0 t 1 t 2 t 3 图6.1.1 时间示意图 根据人工放射性随时间的生长规律[20]，在样品辐照时间T 1内的任一时刻t ，单位时间内产生放射性子核Y 的净数目为： N N A M dt dN A ληφσ-= (6.1.1) 式中，N A 为阿伏伽德罗常量，λ为生成子核Y 的衰变常量。 由初始条件t=0时，N=0解式（6.1.1）可求得，在辐照时间T 1内的任一时刻t ，样品中生成子核Y 的数目为： )1()(t A e A MN t N λλ ηφσ --= (6.1.2) 照射结束（t=T 1）时，样品中生成子核Y 的数目为： λ ηφσληφσλA S MN e A MN T N A t A =-=-)1()(1 (6.1.3) 式中，11T e S λ--=称为饱和因子。 开始测量（t=T 1+T 2）时，样品中生成子核Y 的数目为： 212 )1()()(121T T A T e e A MN e T N T T N λλλλ ηφσ----==+(6.1.4)
设生成的放射性核Y 放出的特征γ射线的分支比为I γ，探测器对其全能峰探测效率为p ε，在测量时间T 3内，测到特征γ射线的全能峰计数为C ，计数的总校正因子F=F s *F c *F g （随后给出计算公式的详细推导），中子注量率随时间波动的校正因子K ，则有效的特征γ射线的全能峰计数应为： ? -+= ?3 21)(T p t dt I e T T N C F ελγλ )1()1(321T T T p A e e e A I K MN λλλγλε φση-----= SD A I K MN p A λε φσηγ= (6.1.5) 式中，)(32232)1(T T T T T e e e e D +-----=-=λλλλ称为测量收集因子。 得， KSD I MN A FC p A εηφλσγ= (6.1.6) 上式为绝对法测量核反应截面的一般计算公式，在实际实验中的中子注量率φ的数值很难准确测定，故而使用相对法测量更容易得出截面值。 顾名思义，相对法就是在实验计算中使用某种核素的核反应已知准确截面值。它的子核与待测核反应的子核半衰期相差不大，用其做成两块监督片来测量中子注量率，在实验中将待测样品夹在这两块监督片中间，辐照完成后，把已知监督片的准确核反应截面值带入绝对法测量核反应截面计算公式中，再使用实验测得的相关数据就可得到准确的平均中子注量率φ的数值。利用得到的φ就可以求解待测样品的核反应截面数值。 使用下标0来表示监督片相应的量，下标x 来表示待测核反应的相应的量，则根据上式，可得 0][][KSD I MN A FC p A εηφλσγ= (6.1.7) x p A x x KSD I MN A FC ][][εηφλσγ= (6.1.8) 通过对上面两个公式的联立（两个公式中中子注量率是相等的），得到 00 0][][][][σλλεηεησγγ??=A FC A FC KSD I M KSD I M x x p p x (6.1.9) 上式即为相对法测量核反应截面中的常用公式。
天然铀的放射性类型是什么？近距离接触对人有危害吗？ 孙晓博，重度网瘾需电击，晚期懒癌无药医 射线的实际能量要小于表中对应的衰变能 此表中真正值得关注只有U-235 和U-238，所谓天然铀就是0.72% 左右的U-235 加上99.28% 左右的U-238。天然铀衰变对人体造成的放射性损伤完全可以忽略不计，这是因为： 1.天然铀中两种铀同位素半衰期都在十亿年左右（）的数量级，跟地球年龄差不多， 所以衰变极其缓慢，几乎可认为是稳定核素。 2.天然铀中两种铀同位素都是都是衰变，同等情况下三种射线粒子中粒子的穿透 能力最弱，的粒子在人体组织中的射程仅为几十到一百个微米，连表皮都不一定能穿透，再考虑人所穿衣物的屏蔽作用，这种能量的粒子在体外不可能对人体造成任何实质影响。所以在实际工作中都不会考虑射线的外照射（意思是可以随意进行近距离观察和零距离触摸，只是考虑到部分衰变核素有化学毒性以及要保持元件表面光洁，一般都还是要戴手套或者用镊子等工具夹取），只需避免内照射就行（意思是不要让放射源通过口鼻或体表伤口等进入体内）。
严格来说，U-235 和U-238 在衰变的过程中除了射线外还会放出射线，但实际工作中不必考虑其影响，个中缘由见补充说明 评估射线影响需要明确种类（射线穿透能力最弱）、能量（能量越低穿透能力越弱）、强度（衰变越快，单位时间内产生的射线粒子越多，射线就越剧烈） 评估辐射防护需要明确时间（接触时间越短越安全）、距离（距离越远越安全）、屏蔽（屏蔽材料质量厚度越大越安全） 核反应堆内放射性之所以高，是因为在堆内中子的参与下，铀核发生了包括裂变在内的核反应，这些核反应会产生大量高放射性的核素。在进入堆内接受中子辐照前，铀（包括高浓铀）本身衰变放射性对人体造成的影响完全可以忽略不计。 有图为证： 伊朗时任总统内贾德视察伊朗首枚首枚燃料棒装填作业。从图中可以看出完全不需要任何防护，左边小哥戴的手套以及右边大叔戴的口罩与其说是在保护他们自己，不如说是在保护燃料棒束，避免其沾染汗渍和唾液。
