El efecto Pandemonium es un problema que puede aparecer cuando se utilizan detectores de alta resolución (generalmente detectores de germanio) en estudios de desintegración beta . Puede afectar la correcta determinación de la alimentación a los diferentes niveles del núcleo hijo . Fue introducido por primera vez en 1977. [1]
Contexto
Por lo general, cuando un núcleo padre se desintegra beta en su hija, hay algo de energía final disponible que se comparte entre los productos finales de la desintegración. A esto se le llama el valor Q de la desintegración beta ( Q β ). El núcleo hijo no necesariamente termina en el estado fundamental después de la desintegración, esto solo sucede cuando los otros productos se han llevado toda la energía disponible (generalmente como energía cinética). Entonces, en general, el núcleo hijo mantiene una cantidad de la energía disponible como energía de excitación y termina en un estado excitado asociado a algún nivel de energía, como se ve en la imagen. El núcleo hijo sólo puede permanecer en ese estado excitado durante un pequeño período de tiempo [2] (la vida media del nivel), después de lo cual sufre una serie de transiciones gamma a sus niveles de energía más bajos. Estas transiciones permiten que el núcleo hijo emita la energía de excitación como uno o más rayos gamma hasta que alcanza su estado fundamental, eliminando así toda la energía de excitación que retuvo de la desintegración.
Según esto, los niveles de energía del núcleo hijo se pueden poblar de dos formas:
- por alimentación beta directa de la desintegración beta del padre en la hija (I β ),
- por transiciones gamma de niveles de energía más altos (previamente poblados en beta a partir de la desintegración beta directa del padre) a niveles de energía más bajos (ΣI i ).
Los rayos gamma totales emitidos por un nivel de energía (I T ) deben ser iguales a la suma de estas dos contribuciones, es decir, alimentación beta directa (I β ) más desexcitaciones gamma de nivel superior (ΣI i ).
I T = I β + ΣI i (despreciando la conversión interna )
La alimentación beta I β (es decir, cuántas veces se llena un nivel mediante alimentación directa del padre) no se puede medir directamente. Dado que la única magnitud que se puede medir son las intensidades gamma ΣI i e I T (es decir, la cantidad de gammas emitidos por la hija con una determinada energía), la alimentación beta debe extraerse indirectamente restando la contribución de gamma de -excitaciones de niveles de energía superiores (ΣI i ) a la intensidad gamma total que sale del nivel (I T ), es decir:
I β = I T - ΣI i (I T y ΣI i se pueden medir)
Descripción
El efecto Pandemonium aparece cuando el núcleo hijo tiene un valor Q grande , lo que permite el acceso a muchas configuraciones nucleares , lo que se traduce en muchos niveles de energía de excitación disponibles. Esto significa que la alimentación beta total estará fragmentada, porque se extenderá por todos los niveles disponibles (con una cierta distribución dada por la fuerza, las densidades de nivel, las reglas de selección , etc.). Entonces, la intensidad gamma emitida por los niveles menos poblados será débil, y será más débil a medida que avanzamos hacia energías más altas donde la densidad del nivel puede ser enorme. Además, la energía de los gammas que desexcitan esta región de nivel de alta densidad puede ser alta.
Medir estos rayos gamma con detectores de alta resolución puede presentar dos problemas:
- En primer lugar, estos detectores tienen una eficiencia muy baja del orden del 1 al 5% y serán ciegos a una radiación gamma débil en la mayoría de los casos.
- En segundo lugar, su curva de eficiencia cae a valores muy bajos a medida que pasa a energías más altas, comenzando con energías del orden de 1-2 MeV . Esto significa que la mayor parte de la información proveniente de rayos gamma de enormes energías se perderá.
Estos dos efectos reducen la cantidad de alimentación beta a los niveles de energía más altos del núcleo hijo, por lo que se resta menos ΣI i del I T , y los niveles de energía se asignan incorrectamente a más I β que el presente:
Σ Yo yo ~ 0, → Yo T ≈ Yo β
Cuando esto sucede, los niveles de energía más bajos son los más afectados. Algunos de los esquemas de niveles de núcleos que aparecen en las bases de datos nucleares [3] sufren este efecto Pandemonium y no son fiables hasta que se realicen mejores mediciones en el futuro.
Soluciones posibles
Para evitar el efecto Pandemonium, conviene utilizar un detector que resuelva los problemas que presentan los detectores de alta resolución. Debe tener una eficiencia cercana al 100% y una buena eficiencia para rayos gamma de enormes energías. Una posible solución es utilizar un calorímetro como el espectrómetro de absorción total (TAS), que está hecho de un material centelleador . Se ha demostrado [4] que incluso con un conjunto de detectores de germanio de alta eficiencia en una geometría cercana (por ejemplo, el CLUSTER CUBE ), se pierde aproximadamente el 57% del total de B (GT) observado con la técnica TAS.
Relevancia
El cálculo de la alimentación beta, (I β ) es importante para diferentes aplicaciones, como el cálculo del calor residual en reactores nucleares o estudios de estructura nuclear .
Ver también
Referencias
- ^ Hardy, JC; Carraz, LC; Jonson, B .; Hansen, PG (noviembre de 1977). "La desintegración esencial del pandemonio: una demostración de errores en esquemas complejos de desintegración beta" . Physics Letters B . 71 (2): 307–310. Código Bibliográfico : 1977PhLB ... 71..307H . doi : 10.1016 / 0370-2693 (77) 90223-4 . ISSN 0370-2693 .
- ^ Báez, Juan. "La relación de incertidumbre tiempo-energía" . Consultado el 10 de abril de 2010 .
- ^ Archivo de datos de estructura nuclear evaluada (ENSDF) http://www.nndc.bnl.gov/ensdf/
- ^ Graber, JL; Rosensteel, G. (2003). "Teoría de campo medio de Sp (3, R) para núcleos deformados pesados". Physical Review C . 68 (1). Código bibliográfico : 2003PhRvC..68a4301G . doi : 10.1103 / PhysRevC.68.014301 . ISSN 0556-2813 .
enlaces externos
- " Conquistando el pandemonio nuclear " , por Krzysztof P. Rykaczewski