Эффект Пандемониума - это проблема, которая может возникнуть при использовании детекторов с высоким разрешением (обычно германиевых) в исследованиях бета-распада. Это может повлиять на правильное определение питания на разных уровнях дочернего ядра. Впервые он был представлен в 1977 году.
Обычно, когда родительское ядро бета-распадается на дочернее, имеется некоторая доступная конечная энергия, которая распределяется между конечными продуктами распада. Это называется значением Q бета-распада ( Q β). Дочернее ядро не обязательно оказывается в основном состоянии после распада, это происходит только тогда, когда другие продукты забирают с собой всю доступную энергию (обычно в виде кинетической энергии). Таким образом, в общем, дочернее ядро сохраняет количество доступной энергии в качестве энергии возбуждения и оказывается в возбужденном состоянии, связанном с некоторым уровнем энергии, как показано на рисунке. Дочернее ядро может оставаться в этом возбужденном состоянии только в течение небольшого времени (период полураспада уровня), после чего оно претерпевает серию гамма-переходов на свои более низкие энергетические уровни. Эти переходы позволяют дочернему ядру испускать энергию возбуждения в виде одного или нескольких гамма-лучей, пока оно не достигнет своего основного состояния, тем самым избавляясь от всей энергии возбуждения, которую оно удерживало от распада.
Согласно этому, уровни энергии дочернего ядра могут быть заселены двумя способами:
Общее гамма-излучение, испускаемое одним энергетическим уровнем (I T), должно быть равно сумме этих двух вкладов, то есть прямого бета -излучения (I β) плюс гамма-девозбуждение верхнего уровня (ΣI i).
I T = I β + ΣI i (без внутреннего преобразования )
Бета-кормление I β (то есть, сколько раз уровень заполняется прямым кормлением от родителя) не может быть измерен напрямую. Поскольку единственной величиной, которую можно измерить, являются интенсивности гамма-излучения ΣI i и I T (то есть количество гамма-излучения, излучаемое дочерью с определенной энергией), бета-кормление необходимо извлекать косвенно, вычитая вклад из гамма-излучения. -возбуждения более высоких уровней энергии (ΣI i) до полной гамма-интенсивности, покидающей уровень (I T), то есть:
I β = I T - ΣI i (I T и ΣI i можно измерить)
Эффект Пандемониума возникает, когда дочернее ядро имеет большое значение Q, что позволяет получить доступ ко многим ядерным конфигурациям, что выражается во многих доступных уровнях энергии возбуждения. Это означает, что общее бета-кормление будет фрагментировано, поскольку оно будет распространяться по всем доступным уровням (с определенным распределением, определяемым силой, плотностью уровней, правилами выбора и т. Д.). Тогда интенсивность гамма-излучения, излучаемого с менее населенных уровней, будет слабой, и она будет слабее, когда мы перейдем к более высоким энергиям, где плотность уровней может быть огромной. Кроме того, энергия гамма-излучения, снимающего возбуждение в этой области уровней с высокой плотностью, может быть высокой.
Измерение этих гамма-лучей детекторами с высоким разрешением может вызвать две проблемы:
Эти два эффекта уменьшают количество обнаруживаемого бета-потока на более высокие энергетические уровни дочернего ядра, поэтому из I T вычитается меньше ΣI i, а уровням энергии неправильно приписывается больше I β, чем имеется:
ΣI i ~ 0, → I T ≈ I β
Когда это происходит, более всего страдают нижние энергетические уровни. Некоторые из схем уровней ядер, которые появляются в ядерных базах данных, страдают от этого эффекта Пандемониума и не будут надежными до тех пор, пока в будущем не будут сделаны более точные измерения.
Чтобы избежать эффекта Пандемониума, следует использовать детектор, который решает проблемы, возникающие у детекторов высокого разрешения. Он должен иметь КПД, близкий к 100%, и хороший КПД для гамма-излучения огромных энергий. Одним из возможных решений является использование калориметра, такого как спектрометр полного поглощения (TAS), который изготовлен из сцинтилляционного материала. Было показано, что даже с высокоэффективной решеткой германиевых детекторов в близкой геометрии (например, CLUSTER CUBE ) теряется около 57% общего B (GT), наблюдаемого с помощью метода TAS.
Расчет бета-подпитки (I β) важен для различных приложений, таких как расчет остаточного тепла в ядерных реакторах или исследования ядерной структуры.