γ射线能谱学

原子核物理学的一个分支

γ射线能谱学是原子核物理学的一个分支，研究由核衰变和核反应所产生的γ射线的能谱及其他性质，从而了解原子核的能级特征，以获得核结构和反应机制的信息。

简介

γ射线能谱学　γ-ray spectroscopy

原子核物理学的分支。原子核在衰变或反应后往往处于激发态，常以级联γ辐射方式退激到稳定态，这种级联γ辐射构成γ射线能谱，简称γ谱。

γ射线能谱学主要是通过实验测量γ射线的能量、相对强度、能级寿命、角分布、级联关系、内转换系数以及γ跃迁多极性，以确定核能级的位置、自旋和宇称等等，从而为核壳层模型和综合模型等核结构理论的发展以及核反应机制的了解，提供了丰富的信息。

近年来用几十兆电子伏特MeV的高能 a 粒子或重离子束轰击靶核产生核反应，对反应物核激发态退激的γ辐射实验测量的研究，提供了许多一般核衰变得不到的、有关原子核高激发态和高自旋态的信息。

详细介绍

原子核在衰变或反应后往往处在激发态，常以级联γ辐射的方式退激到稳定态。γ射线能谱学主要是通过实验测量γ射线的能量、相对强度、能级寿命、角分布、级联关系、γ－γ角关联、内转换系数和γ跃迁多极性来定出原子核能级的位置、自旋、宇称等。

根据γ射线的能量、相对强度和γ－γ射线的符合关系，可以定出各有关能级的位置。

测量γ射线的角分布或者γ－γ角关联，可以定出多极性、混合比等（见核辐射的方向角关联）。但为了唯一地确定能级的自旋和宇称，常常需要测量内转换系数或者γ射线的极化关联。

在γ射线能谱学中，一类重要的实验是测量能级的寿命。测量方法依寿命的长短，常用延迟符合法、多普勒移动法和多普勒移动衰减法（见核能级寿命测量）。

寿命测量和内转换系数的测量提供γ跃迁矩阵元的大小，它同能级的核结构性质有关。

γ射线能量和相对强度的测量方法很多。早期采用吸收法测量能量，测量误差很大。后来主要是通过β磁谱仪（见β射线能谱学）和弯晶体γ谱仪测量内、外转换电子谱和γ射线谱。测量的准确度较高，但探测效率很低，并需逐点进行测量。50年代后发展了闪烁晶体γ谱仪（见闪烁计数器），60年代后发展了Ge(Li)及高纯锗半导体γ谱仪（见半导体探测器），给γ射线能量和相对强度以及γ－γ符合和角关联的测量提供了有力的工具。特别是多道-计算机系统的发展,使得以高效和准确地测量复杂的γ射线谱（见核物理实验多参量数据获取）。

核壳层模型和综合模型理论的发展和γ射线能谱学是紧密联系在一起的。如综合模型预期在稀土元素大变形区偶偶核基态转动带的能级能量服关系(其中J为核的转动惯量,I为能级的自旋量子数),核能级的自旋和宇称顺序为0+、2+、4+、6+、……，γ辐射为增强的E2跃迁等就是基于大量的稀土区γ射线的实验数据而提出的。

在束γ射线能谱学是近年来得到迅速发展的γ射线能谱学中的一支。当用高能（几十兆电子伏）的α 粒子或重离子束轰击靶核产生核反应时，反应产物核可处在高激发态和高自旋态，并很快退激下来。在束γ射线能谱学的特点是在反应发生的当时测量这些产物退激而发射的γ射线的特性。这些γ射线可以分为三类：

①统计级联。γ射线的能量是连续分布的，高能部分的强度随能量增大而指数下降，角分布各向同性。

②类转晕跃迁。在变形核区，这种级联跃迁大致沿着同转晕线平行的带下降。由于复合核的特性和仪器的分辨率有限，这种γ射线形成难以分辨开的准连续能谱，它通常也归为连续γ射线谱。

③转晕级联跃迁。在退激发的最后阶段,由转动带内能级间的跃迁发出的γ射线,为集体E2跃迁，在γ谱中形成分立的线谱。

对这些γ射线的研究，已经提供了核衰变的γ谱学得不到的许多信息。如核的高激发态、高自旋态(已达到I=30媡)的特性；发现了有名的回弯现象以及核的转晕同质异能态和核的形状共存等（见在束核谱技术）。

γ射线能谱学

现状

目前γ射线能谱学的情况是：一方面继续深入进行非连续区γ射线谱的研究，寻求更高自旋的态并研究其特性；另一方面，发展许多新的实验技术，大量开展连续区γ谱的研究工作。

参考书目

梅镇岳著:《β和γ放射性》,科学出版社,北京,1964。　K. Siegbahn, ed., Alpha-,Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy, North-Holland, Amsterdam, 1965. 　H.Morinaga and T. Yamazaki, In-Beam Gamma-RayS pectroscopy, North-Holland, Amsterdam, 1976.

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