Измерение характеристик излучений, возникающих в реакции захвата нейтронов ядрами (g-лучи, электроны внутренней конверсии) является одним из мощных средств исследования структуры ядра. Высокопоточный реактор ПИК значительно расширяет диапазон таких исследований. Так, становится возможным проведение измерений на обогащенных изотопных мишенях, вес которых не превышает нескольких миллиграммов. Доступными для изучения становятся ядра с сечением захвата нейтронов менее одного барна.

Наибольшую научную ценность представляет информация, получаемая от комплекса различных типов прецизионных спектрометров g-лучей и электронов внутренней конверсии.

Общая схема расположения полупроводниковых g-спектрометров на наклонном канале представлена на рис.1. Нейтроновод, устраняющий из пучка быстрые и эпитепловые нейтроны, помещается внутри канала. Далее на наклонной эстакаде размещаются устройства для поляризации и переворота спина нейтрона. Сменные мишени и g-детекторы располагаются на горизонтальной площадке в конце эстакады.

Рис. 1. Экспериментальное оборудование на НЭК.

1 - поляризатор нейтронов, 2 - флиппер, 3 - коллиматор, 4 - мишень, 5 и 6 - детекторы g-излучения.

Измерения, проведенные в предыдущие годы, позволили получить информацию о возбужденных состояниях ядер (¹⁰⁴Rh, ^108,110Ag, ^114,116In, ¹¹⁸Sn, ^122,124Sb, ^128,130I, ¹³⁴Cs, ¹⁴²Pr, ¹⁸⁰Hf, ^192,194Ir) до энергий возбуждения 4 МэВ.

С ростом энергии возбуждения усложняется структура возбужденных состояний, их плотность нарастает, что вызывает необходимость измерения энергий g-лучей с высокой точностью (несколько электронвольт) и обязательного применения метода g-g-совпадений. При исследовании вышеуказанных ядер была реализована методика накопления и обработки двухпараметрической (E_g1,E_g2) матрицы g-g-совпадений форматом 4096x4096 каналов. Фрагмент такой матрицы представлен на рис.2.

Рис.2. Фрагмент матрицы g-g-совпадений из реакции ¹²¹Sb(n,g)¹²²Sb.

Значения спинов и четностей ядерных состояний могут быть получены при использовании поляризованных нейтронов, а также при помощи информации, получаемой на призменном g-спектрометре (канал НЭК-3).

Четно-четные ядра, как сферические, так и деформированные, представляются наиболее привлекательными для исследований, поскольку для этих ядер наиболее развито теоретическое понимание их свойств.

Измерения периодов полураспада возбужденных состояний посредством GRID-метода (кристалл-дифракционный g-спектрометр) и методики (g-g-t)-совпадений дополняют сведения о структуре ядерных состояний, позволяют определить наличие внедренных состояний, возбуждающихся в (n,g)-реакции. Определение полных g-спектров первичных g-переходов на основе детальных схем возбужденных состояний и построенные на их основе силовые функции дадут возможность суждения о структуре захватных состояний, а также о роли гигантских резонансов и коллективных состояний иной природы в области энергий 2-10 МэВ.

Более интенсивный, чем на ВВР-М, поток поляризованных тепловых нейтронов дает возможность расширить исследование явления несохранения пространственной четности (Р-нечетные эффекты) в выходных каналах (n,g)-реакции. Обнаруженная ранее корреляция знака Р-нечетного эффекта со знаками спиновых факторов соответствующих конечных состояний ставит вопрос о том, является ли такая корреляция общей для всех Р-нечетных эффектов, наблюдающихся в реакциях с нейтронами. Для ответа следует провести более широкие исследования ядер вблизи максимумов р-волновой нейтронной силовой функции (А=40-70 и А=80-120). Положительный ответ будет означать, что в нейтронных реакциях проявляется определенная изоспиновая компонента слабого нуклон-нуклонного взаимодействия.

Необходимое для таких измерений оборудование включает в себя два HPGe-детектора с эффективностью 20-30 % и измерительные электронные тракты, обеспечивающие достаточное энергетическое разрешение в области 4-10 МэВ при больших (10⁵ с^-1) загрузках.

Планируется также поисковая работа, основанная на теоретическом предсказании [V.I.Vysotsky, Controlled Spontaneous Nuclear g-decay: Theory of Controlled Exited and Radioactive Nuclear g-decay. Phys.Rev., C58, N1 (1998) 337], что при взаимодействии нуклонов с электромагнитным полем, вызывающим g-переход, возмущение поля, обусловленное специфическим окружением излучающего ядра, может изменить наблюдаемую величину вероятности g-перехода по сравнению со случаем изолированного ядра.

Таким окружением могут являться ядра, для которых возможно мессбауэровское поглощение g-излучения возбужденного состояния (резонансный экран). В этом случае влияние окружения максимально и, в принципе, может быть наблюдено.

В качестве объекта исследований выбрано изомерное состояние ядра ⁵⁷Fe (Е = 14 кэВ, Т_1/2 = 98 нс), возбуждаемое как при К-захвате в ⁵⁷Co, так и в реакции ⁵⁶Fe(n,g)⁵⁷Fe. В реакции в качестве резонансного экрана служат ядра ⁵⁷Fe, равномерно распределенные в мишенях, обогащенных по этому изотопу. Эксперимент состоит в прецизионном измерении (с точностью » 10^-3) периода полураспада состояния с Е=14 кэВ при распаде ⁵⁷Co и в реакции ⁵⁶Fe(n,g). Мишени при этом должны быть достаточно тонкими для того, чтобы g-кванты с энергией 14 кэВ и рентгеновское излучение с Е » 6 кэВ (результат внутренней конверсии) могли выйти за их пределы.

Аналогичный эксперимент возможен в реакции ¹¹⁸Sn(n,g)¹¹⁹Sn: сопоставляются значения Т_1/2 для состояния с энергией 24 кэВ в ¹¹⁹Sn в реакции ¹¹⁸Sn(n,g) и при распаде ¹¹⁹Sb (Т_1/2= 17,8 нс).

Высокая интенсивность нейтронного потока, которую обеспечит реактор ПИК, даст возможность провести все эти измерения.