超低溫金屬環(huán)境下210Po-α衰變半衰期變化的實驗研究.pdf

1、自發(fā)現(xiàn)放射性現(xiàn)象以來，放射性衰變率是否受核外環(huán)境影響是核物理界研究的一個熱點課題。一些理論和實驗研究表明，在核外條件發(fā)生改變時，核素的放射性衰變發(fā)生顯著的變化。在低能帶電粒子核反應(yīng)實驗中觀測到核外束縛電子云的屏蔽效應(yīng)導(dǎo)致核反應(yīng)截面增加。Debye模型理論認為：金屬中存在著準(zhǔn)自由電子形成的電子屏蔽勢，在低溫條件下屏蔽勢增強。Kenttner等預(yù)言由于德拜電子對帶正電的粒子有加速作用，對帶負電的粒子有減速作用，在液氦溫度(4.2K)的金屬環(huán)

2、境下，210Po的α衰變半衰期由138d縮短到0.5d。
　　 前人的實驗設(shè)計中，選用注入或嵌入的方法，將高能粒子深植到金屬中。但此種方法注入的深度不夠，注入的粒子多集中在金屬的表層，而在金屬表層還存在著氧化物、氫化物等其他非金屬性質(zhì)的形式，故不能視表層為單純的金屬環(huán)境。
　　 本實驗結(jié)合目標(biāo)核素210Po的生成過程，即209Bi(n，γ)210Bi(β-)210Po，以及209Bi是金屬的特點，選取209Bi作為金屬環(huán)

3、境。此方法使得210Po原子廣泛分布在整個金屬環(huán)境中，無論是深度，還是分布的均勻性都得到了很大的改善。
　　 本文工作包括以下三個部分：
　　 1．樣品的制備和低溫保存。
　　 (1)制備了待輻照的金屬環(huán)境樣品和作對比的非金屬環(huán)境樣品。
　　 (2)生成210Po的設(shè)計計算。調(diào)研可能生成210Po的反應(yīng)道，結(jié)合現(xiàn)有實驗條件，最終采用中國原子能科學(xué)研究院游泳池型反應(yīng)堆輻照209Bi(n，γ)210Bi(β-

4、)210Po生成210Po的方案；根據(jù)中子通量計算210Po的產(chǎn)額隨輻照時間的變化，確定了輻照時間。
　　 (3)210Po的生成。根據(jù)理論計算，以209Bi為樣品在游泳池型反應(yīng)堆輻照了72小時，預(yù)計輻照后樣品中210Po與209Bi的原子個數(shù)比到達3×10-8，后續(xù)不斷有210Bi生成210Po。
　　 (4)樣品的低溫保存。選用液氦為低溫保存的液體，溫度低至4.2K，樣品經(jīng)封裝后，被直接放置于盛裝有液氦的杜瓦瓶中保存

5、。
　　 2．放射性衰變法測量210Po。
　　 采用放射性衰變計數(shù)法測量了處于Bi金屬環(huán)境中的210Po實驗樣品的半衰期。初步得到處于液氦溫度(4.2K)和常溫(293K)這兩種溫度條件下210Po核素的半衰期有大約24.1％的差異，低溫金屬環(huán)境下210Po核素的衰變壽命明顯變快。
　　 3.AMS高靈敏測量210Po方法的建立。
　　 通過調(diào)研以及實驗，確定了實驗測量的最佳化學(xué)形態(tài)為金屬單質(zhì)。由于21

6、0Po的束流較小，采用209Bi模擬210Po的傳輸方法。參考測量重核236U的成功經(jīng)驗，設(shè)置AMS測量210Po時的參數(shù)。經(jīng)過磁分析和電分析排除大量干擾核素，采用TOF探測系統(tǒng)來排除可能存在的209Bi的干擾，采用扣除的方法排除同量異位素210mBi本底。
　　 總之，本論文在測量液氦溫度金屬環(huán)境下210Po-α衰變半衰期變化測量中，無論是建立AMS測量210Po的方法，還是利用放射性衰變計數(shù)法測量，都為進一步開展超低溫金屬環(huán)