Kvantni prinos prelaza od 521keV iz raspada
196
Au
-diplomski rad-
Mentor: student:
dr Miodrag Krmar
Viktor Saiti 237/15
Novi Sad, 2022.
UNIVERZITET U NOVOM SADU
PRIRODNO-MATEMATIČKI
FAKULTET
DEPARTMAN ZA FIZIKU
Kvantni prinos prelaza od 521keV iz raspada
196
Au Viktor Saiti
1
Predgovor
Fiziku sam zavoleo prilikom prvog susreta sa njom,u šestom razredu osnovne škole.
Radoznalost koju posedujem oduvek me je vukla da eksperimentišem,isprobavam,testiram ,
otkrivam ,zakljucujem.Već tada sam znao da će fizika biti moje životno opredeljenje i nikada
nisam imao dilemu da li da se usmeravam u nekom drugom pravcu. Kroz celo moje školovanje
nastavnici i profesori su prepoznali moje afinitete ka fizici,bodrll me,pripremali za
takmičenja,savetovali i usmeravali kako bi u ovoj oblasti bio što uspešniji.Zato sam se i u
Zrenjaninskoj gimnaziji i na Prirodno –matematičkom fakultetu u Novom Sadu uvek osećao kao
da sam na terenu koji je stvoren za mene.Uporedo sa svojim obrazovanjem ostvarivao sam se i
na drugim poljima koja su me interesovala.
Tokom daljeg obrazovanja planiram da usavršavam svoja znanja iz oblasti fizike. Od svih oblasti
sa kojima sam se na fakultetu susreo najviše mi je interesovanje privukla nuklearna fizika,pa sam
se iz tog razloga opredelio da diplomski rad pišem iz ove oblasti.
Na kraju,zeleo bih da se zahvalim svojim roditeljima koji su imali dovoljno strpljenja i poverenja
u mene,dopustili mi da razvijam sve sfere svojih interesovanja i naučili da možeš biti srećan i
uspešan samo kada radiš ono što voliš i što te interesuje.Zahvaljujem se nastavniku Ivici
Ziroviću na zanimljivom i duhovitom pristupu ovoj nauci,profesorima Petrov Nikušoru i Nikoli
Tankosiću koji su me usmerili ka Prirodno-matematičmom fakultetu u Novom Sadu.Posebnu
zahvalnost dugujem svom mentoru, profesoru Miodragu Krmaru na nezaboravnim predavanjima
na kojima je uvek bio spreman da studentima prenese znanja iz , po njegvim rečima, istorije
rokenrola,ruske književnosti i ,,nešto malo” iz nuklearne fizike,kao i na nesebičnim savetima i
pomoći tokom studija i prilikom izrade ovog rada.
Kvantni prinos prelaza od 521keV iz raspada
196
Au Viktor Saiti
4
1 Uvod
Atomsko jezgro je kompleksan sistem koji se sastoji od protona i neutrona, čiji ukupan broj
premašuje 200, kod najtežih elemenata koji se u prirodi mogu naći. Jezgro srednje mase sadrži
oko 100 nukleona, što predstavlja veliki broj tela da bi se jedan ovakav sistem u potpunosti
mogao matematički opisati. Nukleaoni spadaju u mikroskopske objekte čije se ponašanje jedino
može objasniti formalizmom kvantne mehanike. Tome treba još dodati i činjenicu da procesi koji
deluju unutar jezgra i koji drže nukleone na okupu još uvek nisu u potpunosti objašnjeni, što
dodatno otežava celovit opis jezgra. Iz tog razloga se u nuklearnoj fizici pošlo paralenim putem –
da se sakupi što je moguće veći broj eksperimentalnih činjenica o velikom broju jezgara.
Eksperimentalni rezultati su korišćeni u kreiranju empirijske slike o jezgru kao celini, ali i za
testiranje rezultata teorijskih istraživanja, zasnovanih na postojećim modelima jezgra.
Prvi eksperimentalni podaci su dobijani isključivo iz raspada prirosnih radioaktivnih jezgara, da
bi se razvojem tehnike, posebno reaktora i akceleratora došlo do mogućnosti da se proizvedu i
veštački radionuklidi. Svaki od njih je bio predmet pažljivih merenja tako da je vremenom rastao
obim dobijenih podataka. Za svako dobijeno jezgro su prvo merene energije zračenja koje se
emituje, da bi se u sledećem koraku mogla dobiti slika o energijama pobuđenih stanja jezgra
potomka. Za ova pobuđena stanja je neophodno osim energije pobude odrediti i druga svojstva,
kao što su to verovatnoća stvaranja i radioaktivnom raspadu ili nekoj nuklearnoj reakciji, spin i
parnost, električni i magnetni momenti, vreme poluživota, načini deekscitacije, multipolnosti
emitovane elektromagnetne radijacije itd. Vremenom se došlo do toga da se saznanja o nekom
jezgru saberu na jednom metu i za te svrhe je osnovana baza podataka, koja se za korisnike
prezentovala u časopisu Nuclear Data Sheets. Običaj je da se jedno izdanje ovog časopisa
posveti jednom izobarnom nizu, tj. svim onim nuklidima koji imaju jednak broj nukleona u svom
sastavu. Kada se prikupi dovoljan broj novih eksperimentalnih činjenica o jezgrima iz jednog
izobarnog lanca, posveti mu se novo izdanje ovog časopisa.
Podaci koji se nalaze u Nuclear data Sheets predstavljaju dragocen izvor informacija za sve
istraživače u oblasti nuklearne fizike. Za planiranje novih eksperimenata kao i za tumačenje
dobijenih rezultata gotovo je obavezno da se konsultuje ovaj časopis pošto je propisan za
standard u ovoj oblasti. Ukoliko se dođe do nekog novog ili bolje određenog rezultata, on se
obavezno pojavi u novom izdanju za posmatrani izobarni niz.
Tema ovog diplomskog rada je posvećen proceni valjanosti nekolicine podataka koji se trenutno
mogu naći u Nuclear Data Sheets. Naime u jednoj upotrebi radioaktivnog zlata
196
Au je
primećeno da neke merene vrednosti ne odgovaraju onima koji se u literaturi mogu pronaći. Radi
se o intenzitetu ili kvantnom prinosu jednog gama prelaza sa pobuđenog stanja izotopa platine
196
Pt, koji nastaje raspadom pomenutog izotopa zlata. Iz gama spektara
196
Au je na osnovu
ustanovljenih intenziteta nekolicine gama linija procenjen kvantni prinos gama prelaza za koga
se sumnja da mu kvantni prinos nije dobro određen. Osim toga korigovan je i intenzitet beta
prelaza putem koga se formira pobuđeno stanje jezgra
196
Pt, sa koga se emituje gama zračenje
posmatrane energije.
Kvantni prinos prelaza od 521keV iz raspada
196
Au Viktor Saiti
6
Slika 2-Izobarni niz za A=61 do stabilnog
61
Ni
2.1 β
-
raspad
Radioaktivni raspad
60
Co je klasičan primer β
-
raspada. Jednačina kojom opisujemo ovaj raspad
je:
Co →
Ni + β
−
+ ν̃
28
60
27
60
(1)
β
-
čestica je zapravo elektron. Posmatrajući mase u ovoj jednačini, ukupna masa članova sa desne
strane manja je od mase
60
Co pa nam je samim tim jasno u kom će se smeru rekacija kretati. Ono
što se dešava u samom β
-
raspadu je da se jedan neutron transformiše u proton i elektron (β
-
čestica), prateći zakon održanja naelektrisanja. Zbog zakona održanja leptonskog broja se pored
elektrona emituje i elektronski antineutrino. Celu reakciju β
-
raspada možemo zapisati kao:
n → p
+
+
β
−
+ ν̃ (2)
Energija raspada je podeljena između čestica i obrnuto zavisno od njihovih masa, tako da bi se
očuvao ukupan impuls. Masa
60
Ni je veoma velika u poređenju sa masom beta čestice i
antineutrina pa se skoro celokupna energija raspoređuje samo na njih dvoje. Beta zračenje
upravo zbog ovog razloga nije monoenergetsko već energija beta čestice ima statistički karakter.
Energija se prema statističkoj raspodeli raspoređuje na beta česticu i antineutrino. Termin beta
čestica koristimo da bi razlikovali elektron koji se emituje u beta raspadu od elektrona koji se
emituju u drugim procesima, pošto tako emitovani elektroni veoma često imaju tačno određene
energije. Sam antineutrino nas ne interesuje što se tiče detektovanja jer ga je moguće detektovati
samo u specijalnim eksperimentima. Značaj antineutrina (i neutrina kod β
+
raspada) je u
globalnom zakonu očuvanja energije i momenta impulsa.
Najniže energetsko stanje svakog jezgra se naziva osnovno stanje. Prelasci sa osnovnog na
osnovno stanje bi se teorijski dešavali sa zanemarljivo malom verovatnoćom, ali se ipak
