• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Fångade elektroner exciterar kärnor till högre energitillstånd

    Argonne -forskare och medarbetare använde Gammasfären, denna kraftfulla gammastrålspektrometer, att hjälpa till att skapa rätt förutsättningar för att orsaka och upptäcka en lång teoretiserad effekt som kallas nukleär excitation genom elektroninsamling. Upphovsman:Argonne National Laboratory

    För första gången, fysiker från US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory och deras medarbetare, ledd av ett team från U.S. Army Research Laboratory, visat en lång teoretiserad kärneffekt. Detta förskott testar teoretiska modeller som beskriver hur kärnkraft och atomområden interagerar och kan också ge ny inblick i hur stjärnelement skapas.

    Fysiker förutspådde först effekten, kallad nukleär excitation genom elektroninsamling (NEEC), för över 40 år sedan. Men forskare hade inte sett det förrän nu. Med hjälp av Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS), och Gammasphere, en kraftfull gammastrålespektrometer, forskarna skapade rätt förutsättningar för att orsaka och upptäcka beteendet.

    NEEC -effekten uppstår när en laddad atom fångar en elektron, ger atomkärnan tillräckligt med energi för att hoppa till ett högre upphetsat tillstånd.

    En upphetsad kärna stannar i varje energiläge en stund innan den förfaller till tillståndet under den, tappar energi i form av gammastrålning. Dessa upphetsade tillstånd varar vanligtvis mycket mindre än en miljarddels sekund, men i vissa sällsynta fall de kan leva mycket längre, även för miljontals gånger universums ålder.

    Energilägena med längre livslängd kallas isomerer, och för att observera NEEC -effekten, forskarna producerade en isomer med en halveringstid på cirka sju timmar. Med andra ord, efter att sju timmar funnits i den isomera energinivån, ungefär hälften av kärnorna av denna typ kommer att förfalla.

    Forskarna valde att producera denna kärna, kallad 93 Mo, en isotop av molybden, på grund av dess unika arrangemang av energinivåer. "Det finns en tillåten energinivå inte långt över isomertillståndet, "sade arméns forskningslaboratoriums Chris Chiara, studiens ledande forskare. "Under normala omständigheter, isomeren förfaller naturligt efter cirka sju timmar, men om NEEC inträffar, kärnan exciteras ur isomern till det något högre tillståndet. Det tillståndet försvinner sedan snabbt till ett tillstånd under isomeren, avger gammastrålning som har distinkta energier som vi kan leta efter. "

    Argonne-forskare och samarbetspartners använde Argonne Tandem Linac Accelerator System för att hjälpa till att skapa de rätta förutsättningarna för att orsaka och upptäcka en lång teoretiserad effekt som kallas kärnkraftsexcitation genom elektroninsamling. Upphovsman:Argonne National Laboratory

    Att göra 93 Mo, forskarna använde ATLAS, en DOE Office of Science User Facility, att accelerera en jonstråle mot atomerna i en målfolie där kärnorna i de två smälte samman. Dessa reaktioner bildades 93 Mo i ett mycket upphetsat tillstånd i centrum av Gammasphere, som väntade på att upptäcka bevis på effekten i form av gammastrålning.

    Som den 93 Mo -atomer rör sig genom målmaterialet, de stöter på atomer som saktar ner dem och avlägsnar dem från elektroner, sätta dem i ett högladdat tillstånd. Elektroner från målatomerna fyller sedan de lediga platserna i 93 Mo, och om elektronerna har rätt energi före fångsten, de kan excitera kärnan till nästa högsta tillstånd. När detta tillstånd förfaller, kärnan släpper ut en gammastråle som kan spåras tillbaka till NEEC -reaktionen.

    Målet, gjord av ATLAS egen målmakare, John Greene, spelat en avgörande roll för upptäckten av NEEC. Greene kunde arbeta i farten, tweaking målet när forskarna lärde sig mer om 93 Mo -kärnan. Med allt på plats, laget började samla in data.

    "Vi upptäckte gammastrålning från dessa reaktioner under det tre dagar långa experimentet, och vi samlade cirka åtta miljarder evenemang totalt, "sa Mike Carpenter, en gruppledare på Argonne med ansvar för Gammasphere. "Från dessa händelser, vi kunde identifiera cirka 500 gammastrålar som avgavs under förfallet av 93 Mo som inte hade släppts om det inte vore för NEEC. "

    Kraften och känsligheten hos Gammasphere var avgörande för experimentets framgång. "Vi använde ett nytt digitalt Gammasphere -läge, vilket gjorde att vi kunde springa med en hastighet som var ungefär fem gånger högre än vad som hade varit möjligt med det äldre analoga systemet, "sa Chiara. Men det var inte bara hårdvaran på ATLAS som var viktig." Som experter inom gammastrålspektroskopi, Argonne -personalen gav ovärderlig vetenskaplig och teknisk support, " han lade till.

    Lagets framgångar kan leda till framsteg inom astronomi och kosmologi eftersom det kan förbättra noggrannheten hos modeller som forskare använder för att mäta hur stjärnor bildas. Mängderna element i en stjärna beror till stor del på kärnornas struktur och beteende. Under långa perioder, och med ett stort antal atomer som interagerar, överlevnad - eller förstörelse - av specifika isomerer kan ha ett kumulativt inflytande. Med hänsyn till NEEC -effekten kan vi förbättra vår förståelse av vad stjärnor är gjorda av och hur de utvecklas.

    Forskare vid Arméns forskningslaboratorium är också intresserade av möjliga framtida tillämpningar för kontrollerad frisättning av kärnkraft från isomerer via NEEC -effekten. Om forskare och ingenjörer kunde utnyttja denna energi, det kan hjälpa till att utveckla strömkällor med 100, 000 gånger större energi per massenhet än kemiska batterier.

    Resultaten av experimentet publicerades i ett papper med titeln "Isomer -utarmning som experimentellt bevis på kärnkraftsexcitation genom elektroninsamling, "den 8 februari Natur .

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com