УДК 539.163 ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК РАСПАДА И

УДК 539.163
ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК РАСПАДА И НЕНЕЙТРИННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 37Ar
В.П.Чечев
Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, Санкт-Петербург
EVALUATION OF 37AR DECAY DATA AND NON-NEUTRINO RADIATION CHARACTERISTICS.
The evaluated values of 37Ar decay data and radiation characteristics are presented. The evaluation has been
carried out using approaches, procedures and programs of the Decay Data Evaluation Project international
collaboration. The energy of non-neutrino radiation per decay has been computed.
Введение
37
Ar был предложен в качестве калибровочного источника для детекторов солнечных нейтрино [1,2].
Кроме того, он используется для измерения активности газообразных веществ с помощью пропорционального
счетчика [3]. Недавно распад этого радионуклида был использован также для поисков массивных нейтрино [4].
В связи с указанными исследованиями становится актуальной задача прецизионных измерений и оценки
характеристик распада и излучений 37Ar.
В настоящей работе получены (по состоянию экспериментальной и теоретической информации на 2003 г.)
оцененные значения характеристик распада и ненейтринного излучения 37Ar. Оценка выполнена на основе
подходов, процедур и программ, используемых участниками международной кооперации Decay Data Evaluation
Project [5].
1. Оценка характеристик распада и излучений 37Ar
Схема распада 37Ar представлена ниже.
3/2+
35,0 сут
37
18
ε 100%
Ar19
3/2+
37
17
Cl 20
стабильный
Распад 37Ar происходит путем K-, L- и M- электронного захвата и сопровождается испусканием
рентгеновского характеристического излучения (Х), внутреннего тормозного излучения, электронов Оже и
монохроматических нейтрино с энергиями 810,7(3), 813,2(3) и 813,5(3) кэВ. Приведенные энергии нейтрино
получены из значения полной энергии распада 37Ar Qε = 813,5(3) кэВ, оцененной в [6,7], и значений энергии
связи К-, L- и М- электронов Cl [8].
Для оценки периода полураспада 37Ar рассмотрены 7 опубликованных результатов измерений Т1/2 37Ar (в
сутках):
1944
Weimer et al.
34,1(3)
[9]
1952
Miskel and Perlman
35,0(4)
[10]
1959
Kiser and Johnston
34,30(14)
[11]
1965
Stoenner et al.
35,1(1)
[12]
1973
Colomer and Gauvain
35,06(9)
[13]
1975
Kishore et al.
35,02(2)
[14]
2
2001
Renne and Norman
34,95(4)
[15]
Оцененное значение периода полураспада 32,00(3) суток получено как среднее взвешенное 5 результатов
измерений с исключением значений [9,11] по статистическим соображениям из-за большого вклада в χ2
(методику оценки см. в [16]).
Вероятности K-, L-, M- электронного захвата 37Ar (PK, PL, PM) рассчитаны (таблица 1) по программе ECCAPTURE [17] для принятого значения полной энергии распада 813,5(3) кэВ. Следует отметить, что согласно
теории L- и M- захваты 37Ar происходят в основном на L1- и M1- подоболочках [8].
Таблица 1.
Вероятности электронного захвата 37Ar
ε
Энергия,
кэВ
Вероятность
Тип
перехода
813,5(3)
1
Разрешенный
Log ft
5,1
PK
PL
PM
0,9021(24)
0,0872(20)
0,0107(7)
Фотонное излучение в распаде 37Ar состоит из характеристического рентгеновского КX- и LХ –
излучений и внутреннего тормозного излучения.
Абсолютные вероятности эмиссии (число квантов на распад) KX- и LX- излучений (табл.2) рассчитаны по
программе EMISSION [18] на основе оцененных значений вероятностей K- и L- электронного захвата и
характеристик флюоресценции для атомных оболочек Сl из компиляции [19]: ωK = 0,0989(24), ϖL = 0,00118(24),
nКL = 1,751(6).
Таблица 2.
Характеристическое рентгеновское излучение в распаде 37Ar
Вид
излучения
Энергия,
кэВ
Число квантов
на распад
Энергия на распад,
кэВ
Х Кα2
2,6208
0,0276(7)
0,0723(18)
Х Кα1
2,6224
0,0546(14)
0,143(4)
Х Кβ
2,8156
0,0071(4)
0,020(1)
Х Lβ
0,240
0,0020(4)
0,00048(10)
Суммарная энергия на распад
0,236(5) кэВ/распад
Характеристики внутреннего тормозного излучения в распаде 37Ar рассчитаны в работе [20]. Результаты
этого расчета приняты нами для оценки средней энергии тормозного излучения, выделяющейся в акте распада
37
Ar (табл.3).
Таблица 3.
Внутреннее тормозное излучение в распаде 37Ar
Энергия,
кэВ
10-20
Число квантов на распад
1,31.10-6
Энергия на распад,
кэВ
2,0.10-5
20-40
3,8.10-6
1,17.10-4
40-100
2,4.10-5
1,8.10-3
100-300
1,63.10-4
0,034
300-600
.
2,0 10
-4
0,087
600-814
.
-5
0,0164
Суммарная энергия на распад
2,5 10
0,139(14) кэВ/распад
3
Относительная погрешность средней энергии тормозного излучения на распад 37Ar принята равной 10%,
исходя из того, что теоретические расчеты выхода тормозного излучения согласуются с экспериментальными
данными, как правило, в пределах лучше, чем 15%.
Характеристики электронного излучения 37Ar приведены в таблице 4.
Средние энергии электронов Оже в распаде 37Ar приняты из расчетов [21]. Абсолютные вероятности
эмиссии электронов Оже рассчитаны по программе EMISSION [18] с учетом указанных выше значений ωK, ϖL
и nКL. Относительные интенсивности К-Оже электронов приняты по [19].
Таблица 4.
Электроны Оже в распаде 37Ar
Вид
излучения
L-Оже
Энергия
кэВ
0,17-0,25
Число электронов
на распад
1,665(8)
Энергия на распад
кэВ
0,38(4)
0,813(3)
К-Оже
К-LL
2,31(7)
0,689(6)
1,59(5)
К-LМ
2,57(4)
0,119(6)
0,306(5)
К-ММ
2,8
0,0051(5)
0,014(2)
Суммарная энергия на распад
2,29(6) кэВ/распад
2. Оценка полной энергии ненейтринного излучения, выделяющейся
в акте распада 37Ar
Из оцененных данных таблиц 2-4 полная энергия ненейтринного излучения, выделяющаяся в акте распада
Ar, получается равной 2,67(7) кэВ/распад.
Однако эту величину можно существенно уточнить, если использовать вместо энергий и интенсивностей
отдельных видов характеристического излучения и электронов Оже (Х+Оже) расчет суммарного
энерговыделения в каждом акте K-, L-, M- электронных захватов. Электронные захваты в конечном итоге
приводят к выделению энергий, равных энергиям связи электронов на соответствующих атомных оболочках,
которые распределяются между различными видами (Х+Оже). Следовательно, полная энергия (Х+Оже),
выделяющаяся в акте электронного захвата, равна E= WK РK + WL PL + WM PM, где Wi– энергия связи электрона
на
i–ой оболочке, Pi – вероятность захвата электрона с i-ой оболочки. Отсюда Е (Х+Оже) =
2,8224(10)×0,9021(24) + 0,2702(10)×0,0872(20) +0,0175(10)×0,0107(7) = 2,570(7) кэВ/распад.
В этом расчете в качестве энергий связи атомных электронов на L- и M- оболочках приняты значения
энергий связи электронов на L1- и M1- подоболочках. Погрешности энергий связи приняты равными 1эВ.
С добавлением энергии тормозного излучения [0,139(14) кэВ/распад] полная энергия ненейтринного
излучения, выделяющаяся в акте распада 37Ar, получается равной 2,709(16) кэВ/распад.
37
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Haxton W.C. // Phys.Rev., 1988, v. C38, p. 2474.
Skalsey M. // Phys.Rev., 1989, v. C39, p. 2080.
Yoshida M., Yamamoto T., Wu Y., Aratani T., Uritani A., Mori C. // Nucl.Instrum.Methods Phys.Res., 1993, v.
A330, p. 158.
Hindi M.M., Avci R., Hussein A.H., Kozub R.L., Miocinovic P., Zhu L. // Phys.Rev., 1998, v. C58, p. 2512.
Helmer R.G., Browne E. and Be M.-M. // J. Nucl. Sci. Techn.- 2002.- Suppl.2,- v. 1.- p. 455.
Audi G. and Wapstra A.H. // Nucl. Phys., 1995, v. A595, p. 409.
Endt P. M. // Nuclear Physics, 1998, v. A633, p. 1.
Firestone R.B., Shirley V.S., Baglin C.M., Chu S.Y.F., and Zipkin J., Table of Isotopes, 8th edition, Appendix F.
Atomic Data, John Wiley and Sons, New York (1996).
Weimer P.K., Kurbatov J.D. and Pool M.L. // Phys. Rev., 1944, v. 66, p. 209.
Miskel J.A.and Perlman M.L. // Phys. Rev., 1952, v. 87, p. 543.
Kiser R.W. and Johnston W.N. // J. Amer. Chem. Soc., 1959, v. 81, p. 1810.
Stoenner R.W., Schaeffer O.A. and Katoff S. // Science, 1965, v. 148, p. 1325.
Colomer J. and Gauvain D. // Int. J. Appl. Rad. Isot., 1973, v. 24, p. 391.
Kishore R., Colle R., Katoff S. and Cumming J.B. // Phys. Rev., 1975, v. C12, p. 21.
Renne P.R. and Norman E.B. // Phys. Rev., 2001, v. C63, p. 047302.
4
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Chechev V.P. and Egorov A.G. // Appl. Rad. Isot., 2000, v. 52, p. 601.
Schönfeld E. // Appl. Radiat. Isot., 1998, v. 49, p. 1353.
Schönfeld E. and Janßen H. // Appl. Radiat. Isot., 2000, v. 52, p. 595.
Schönfeld E. and Janβen H. // Nucl. Instrum. Methods Phys.Res., 1996, v. A369, p. 527.
Browne E. and Firestone R.B., Table of Radioactive Isotopes. Ed. V.S. Shirley. N.Y.: John Wiley and Sons.
1986.
Electron Emission Library, Publication of the Laboratoire Primaire des Rayonnemets Ionisants, France, 1995.