Effet Pandémonium - Pandemonium effect

Schéma montrant comment l'effet Pandémonium peut affecter les résultats dans une désintégration imaginaire en un noyau à 3 niveaux. Si cet effet est important, l'alimentation à des niveaux élevés n'est pas détectée, et plus d'alimentation bêta est attribuée aux niveaux d'énergie à basse altitude.

L' effet Pandémonium est un problème qui peut apparaître lorsque des détecteurs haute résolution (généralement des détecteurs au germanium) sont utilisés dans les études de désintégration bêta . Cela peut affecter la détermination correcte de l'alimentation aux différents niveaux du noyau fille . Il a été introduit pour la première fois en 1977.

Le contexte

En règle générale, lorsqu'un noyau parent se désintègre en sa fille, il y a une certaine énergie finale disponible qui est partagée entre les produits finaux de la désintégration. C'est ce qu'on appelle la valeur Q de la désintégration bêta ( Q β ). Le noyau fille ne finit pas nécessairement dans l'état fondamental après la désintégration, cela ne se produit que lorsque les autres produits ont emporté toute l'énergie disponible avec eux (généralement sous forme d'énergie cinétique). Ainsi, en général, le noyau fille conserve une quantité d'énergie disponible sous forme d'énergie d'excitation et se retrouve dans un état excité associé à un certain niveau d'énergie, comme le montre l'image. Le noyau fille ne peut rester dans cet état excité que pendant un petit laps de temps (la demi-vie du niveau), après quoi il subit une série de transitions gamma vers ses niveaux d'énergie inférieurs. Ces transitions permettent au noyau fille d'émettre l'énergie d'excitation sous forme d'un ou plusieurs rayons gamma jusqu'à ce qu'il atteigne son état fondamental, éliminant ainsi toute l'énergie d'excitation qu'il a gardée de la désintégration.

Selon cela, les niveaux d'énergie du noyau fille peuvent être peuplés de deux manières:

  • par alimentation bêta directe de la désintégration bêta du parent dans la fille (I β ),
  • par des transitions gamma de niveaux d'énergie plus élevés (auparavant peuplés de bêta à partir de la désintégration bêta directe du parent) vers des niveaux d'énergie inférieurs (ΣI i ).

Les rayons gamma totaux émis par un niveau d'énergie (I T ) doivent être égaux à la somme de ces deux contributions, c'est-à-dire l'alimentation bêta directe (I β ) plus les désexcitations gamma de niveau supérieur (ΣI i ).

I T = I β + ΣI i (en négligeant la conversion interne )

L'alimentation bêta I β (c'est-à-dire combien de fois un niveau est peuplé par l'alimentation directe du parent) ne peut pas être mesurée directement. Puisque la seule grandeur qui peut être mesurée est les intensités gamma ΣI i et I T (c'est-à-dire la quantité de gammas émise par la fille avec une certaine énergie), l'alimentation bêta doit être extraite indirectement en soustrayant la contribution de gamma de -excitations de niveaux d'énergie plus élevés (ΣI i ) à l'intensité gamma totale qui quitte le niveau (I T ), soit:

I β = I T - ΣI i (I T et ΣI i peuvent être mesurés)

La description

L'effet Pandémonium apparaît lorsque le noyau fille a une grande valeur Q , permettant l'accès à de nombreuses configurations nucléaires , ce qui se traduit par de nombreux niveaux d'énergie d'excitation disponibles. Cela signifie que l'alimentation bêta totale sera fragmentée, car elle se répartira sur tous les niveaux disponibles (avec une certaine distribution donnée par la force, les densités de niveau, les règles de sélection , etc.). Ensuite, l'intensité gamma émise par les niveaux les moins peuplés sera faible, et elle sera plus faible à mesure que nous allons vers des énergies plus élevées où la densité de niveau peut être énorme. En outre, l'énergie des gammas désexcitants cette région de niveau de densité élevée peut être élevée.

La mesure de ces rayons gamma avec des détecteurs haute résolution peut présenter deux problèmes:

  1. Premièrement, ces détecteurs ont un rendement très faible de l'ordre de 1 à 5%, et seront aveugles à un faible rayonnement gamma dans la plupart des cas.
  2. Deuxièmement, leur courbe d'efficacité tombe à des valeurs très faibles lorsqu'elle va vers des énergies plus élevées, à partir d'énergies de l'ordre de 1 à 2 MeV . Cela signifie que la plupart des informations provenant des rayons gamma d'énormes énergies seront perdues.

Ces deux effets réduisent la quantité de bêta alimentant les niveaux d'énergie plus élevés du noyau fille qui est détectée, donc moins de ΣI i est soustrait du I T , et les niveaux d'énergie se voient attribuer à tort plus de I β que le présent:

ΣI i ~ 0, → I T ≈ I β

Lorsque cela se produit, les niveaux d'énergie les plus bas sont les plus affectés. Certains des schémas de niveaux de noyaux qui apparaissent dans les bases de données nucléaires souffrent de cet effet Pandémonium et ne sont fiables que lorsque de meilleures mesures seront effectuées à l'avenir.

Solutions possibles

Pour éviter l'effet Pandémonium, un détecteur qui résout les problèmes que présentent les détecteurs haute résolution doit être utilisé. Il doit avoir un rendement proche de 100% et un bon rendement pour les rayons gamma d'énormes énergies. Une solution possible est d'utiliser un calorimètre comme le spectromètre d'absorption totale (TAS), qui est fait d'un matériau scintillateur . Il a été montré que même avec un réseau de détecteurs au germanium à haute efficacité dans une géométrie proche (par exemple, le CLUSTER CUBE ), environ 57% du total B (GT) observé avec la technique TAS est perdu.

Pertinence

Le calcul de l'alimentation bêta (I β ) est important pour différentes applications, comme le calcul de la chaleur résiduelle dans les réacteurs nucléaires ou les études de structure nucléaire .

Voir également

Les références

Liens externes