Παρατηρώντας την ανάκρουση αιωρούμενων ραδιενεργών σωματιδίων

Posted on 07/11/2018

0


… σε οπτικές παγίδες

J. Smith/Los Alamos National Laboratory

Με τις σημερινές μεθόδους της πυρηνικής φασματοσκοπίας είναι δυνατή η ανάλυση της διάσπασης ραδιενεργών πυρήνων με εξαιρετική ακρίβεια. Όμως πολλές από αυτές τις δοκιμασμένες στην πράξη τεχνικές, αποτυγχάνουν όταν απαιτείται η ανάλυση του ραδιενεργού περιεχομένου ενός μικρού κόκκου άμμου ή εδάφους ή κάποιου άλλου μικροσωματιδίου, για να προσδιοριστεί π.χ. η γεωγραφική του προέλευση.

Ο Alonso Castro και οι συνεργάτες του στο εργαστήριο του Λος Άλαμος, στο Νέο Μεξικό προτείνουν έναν νέο τρόπο προσδιορισμού της ισοτοπικής σύνθεσης ραδιενεργών υλικών μετρώντας την ανάκρουση των ραδιενεργών σωματιδίων που αιωρούνται με την βοήθεια ακτίνων λέιζερ.

Κατά την διάσπαση ενός ασταθούς πυρήνα εκπέμπεται σωματίδιο άλφα (πυρήνας ηλίου) ή σωματίδιο βήτα (ηλεκτρόνιο ή ποζιτρόνιο, μαζί με ένα νετρίνο) ή φωτόνιο (ακτίνες γάμμα), και ο θυγατρικός πυρήνας που απομένει κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση (ανάκρουση).

Οι Castro et al υπολόγισαν πως αν ο πυρήνας που διασπάται περιέχεται σε ένα αρκετά μικρό σωματίδιο – με διάμετρο μικρότερη του ενός μικρομέτρου – τότε η εκπεμπόμενη ακτινοβολία (α, β ή γ) διαφεύγει χωρίς να σκεδαστεί, και η ορμή του ανακρουόμενου θυγατρικού πυρήνα μεταφέρεται στο μικρο-σωματίδιο, το οποίο μετατοπίζεται.

Για να μετρηθεί η επακόλουθη μετατόπιση χρησιμοποιήθηκε μια οπτική παγίδα, όπου το μικροσκοπικό ραδιενεργό δείγμα ψύχεται σε θερμοκρασία 0,001 βαθμούς της κλίμακας Κέλβιν και αιωρείται με την βοήθεια της δέσμης λέιζερ. Όταν διασπώνται οι ραδιενεργοί πυρήνες που περιέχονται στο σωματίδιο τότε αυτό ανακρούεται και ταλαντώνεται στο αρμονικό δυναμικό της οπτικής παγίδας.

Το πλάτος τη ταλάντωσης αποκαλύπτει την κινητική ενέργεια της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και επομένως το είδος της: άλφα, βήτα ή γάμα. Συνδυάζοντας τον τύπο της ακτινοβολίας, με την ενέργεια και τον ρυθμό διάσπασης οι φυσικοί είναι σε θέση να προσδιορίσουν τα ισότοπα που συνιστούν το μικροσωματίδιο. Και με αυτή την πληροφορία, μπορούν να αναγνωρίσουν αν το δείγμα έχει εμπλουτιστεί και να συμπεράνουν τον τόπο προέλευσής του.

Μεταξύ άλλων, η παραπάνω μέθοδος θα μπορούσε να έχει εφαρμογή στην μέτρηση της μάζας των νετρίνων και στην αναζήτηση της διπλής διάσπασης βήτα χωρίς νετρίνα. Η μέθοδος αυτή μπορεί να έχει μεγάλη ακρίβεια, όμως δεν ανιχνεύει ξεχωριστά τα σωματίδια βήτα και τα νετρίνα που εκπέμπονται κατά την διάσπαση β. Επομένως, ένας επιπλέον τρόπος μέτρησης της ενέργειας και της ορμής των σωματιδίων βήτα θα ήταν αναγκαίος για τον σκοπό αυτό.

διαβάστε περισσότερα ΕΔΩ:Detecting Nuclear Decay with Recoil και ΕΔΩ:Nuclear recoil spectroscopy of levitated particles

 

Ετικέτα: