Изучавање нуклеарне структуре методама нискотемпературских нуклеарних оријентација

Abstract

<p>У оквиру овог рада дат је детаљан приказ&nbsp;основних параметара који дефинишу нуклеарну&nbsp;структуру са циљем да би се што је могуће боље&nbsp;разумеле особине&nbsp; језгара која&nbsp; су мерена&nbsp; у&nbsp;експериментима&nbsp; описаним у овој&nbsp; дисертацији.&nbsp;Причу о структури језгра започињемо&nbsp;дефинисањем нуклеарних момената, затим преко&nbsp;дефиниције појма нуклеарних оријентација,&nbsp;формализма нуклеарних оријентација, нуклеарне&nbsp;магнетне&nbsp; резонанце и времена релаксације&nbsp;долазимо до експерименталног дела.&nbsp; У&nbsp;експерименталном делу&nbsp; описане су&nbsp; мерне&nbsp;технике&nbsp; и објашњен принцип функционисања&nbsp;апаратуре коришћене у експериментима. Циљ&nbsp;експеримената био је изучавање структуре језгра&nbsp;хафнијума&nbsp;¹⁷⁷Hf&nbsp;и&nbsp; језгра скандијума ⁴⁹Sc&nbsp;методом нискотемпературских нуклеарних&nbsp;оријентација. Зашто нам је баш магнетни&nbsp;диполни момент интересантан? Магнетни&nbsp;момент као параметар нуклеарне структуре је&nbsp;веома значајан јер се може измерити са&nbsp;изузетном тачношћу од реда 10^-3.&nbsp; Зато магнетни&nbsp;диполни момент представља&nbsp; један од&nbsp;најтачнијих података који се може добити као&nbsp;карактеристика изучаваног језгра. Чему даље&nbsp;служи позната експериментално добијена&nbsp;вредност магнетног момента? Стално&nbsp;преплитање теорије и експеримента овде добија&nbsp;свој прави смисао, наиме, да би се неки&nbsp;теоријски модел што је могуће тачније&nbsp;формулисао не може се без мерења, а само&nbsp;мерење не функционише уколико не постоји&nbsp;<span style="font-size: 12px;">предвиђање неког теоријског модела. Па самим&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">тим и прецизна вредност магнетног диполног&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">момента омогућава прилагођавање и можемо&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">слободно рећи &ldquo;фино подешавање&rdquo; теоријског&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">модела за операторе и таласне функције са&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">поменутом тачношћу. Неки други параметри&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">који нам дефинишу природу самог језгра, попут&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">мултиполности прелаза, спинова и парности&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">могу се мерити и другим техникама, рецимо&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">преко угаоних корелација, али у том случају се&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">мере коинциденције, док се предност методе&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">нискотемпературских нуклеарних оријентација&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">огледа у чињеници да се добијају такозвани&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">&ldquo;single&rdquo; (директни) спектри што олакшава&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">анализу и повећава тачност мерења, међутим и&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">то са друге стране има своју &ldquo;цену&rdquo; а то је&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">сложеност технике нискотемпературских&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">нуклеарних оријентација, која&nbsp; захтева посебне&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">услове и изузетно пажљиво и прецизно руковање&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">(високи вакуум и изузетно ниске температуре&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">око 10 mK).</span></p>

<p>U okviru ovog rada dat je detaljan prikaz&nbsp;osnovnih parametara koji definišu nuklearnu&nbsp;strukturu sa ciljem da bi se što je moguće bolje&nbsp;razumele osobine&nbsp; jezgara koja&nbsp; su merena&nbsp; u&nbsp;eksperimentima&nbsp; opisanim u ovoj&nbsp; disertaciji.&nbsp;Priču o strukturi jezgra započinjemo&nbsp;definisanjem nuklearnih momenata, zatim preko&nbsp;definicije pojma nuklearnih orijentacija,&nbsp;formalizma nuklearnih orijentacija, nuklearne&nbsp;magnetne&nbsp; rezonance i vremena relaksacije&nbsp;dolazimo do eksperimentalnog dela.&nbsp; U&nbsp;eksperimentalnom delu&nbsp; opisane su&nbsp; merne&nbsp;tehnike&nbsp; i objašnjen princip funkcionisanja&nbsp;aparature korišćene u eksperimentima. Cilj&nbsp;eksperimenata bio je izučavanje strukture jezgra&nbsp;hafnijuma&nbsp;¹⁷⁷Hf&nbsp;i&nbsp; jezgra skandijuma ⁴⁹Sc&nbsp;metodom niskotemperaturskih nuklearnih&nbsp;orijentacija. Zašto nam je baš magnetni&nbsp;dipolni moment interesantan? Magnetni&nbsp;moment kao parametar nuklearne strukture je&nbsp;veoma značajan jer se može izmeriti sa&nbsp;izuzetnom tačnošću od reda 10^-3.&nbsp; Zato magnetni&nbsp;dipolni moment predstavlja&nbsp; jedan od&nbsp;najtačnijih podataka koji se može dobiti kao&nbsp;karakteristika izučavanog jezgra. Čemu dalje&nbsp;služi poznata eksperimentalno dobijena&nbsp;vrednost magnetnog momenta? Stalno&nbsp;preplitanje teorije i eksperimenta ovde dobija&nbsp;svoj pravi smisao, naime, da bi se neki&nbsp;teorijski model što je moguće tačnije&nbsp;formulisao ne može se bez merenja, a samo&nbsp;merenje ne funkcioniše ukoliko ne postoji&nbsp;<span style="font-size: 12px;">predviđanje nekog teorijskog modela. Pa samim&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">tim i precizna vrednost magnetnog dipolnog&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">momenta omogućava prilagođavanje i možemo&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">slobodno reći &ldquo;fino podešavanje&rdquo; teorijskog&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">modela za operatore i talasne funkcije sa&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">pomenutom tačnošću. Neki drugi parametri&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">koji nam definišu prirodu samog jezgra, poput&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">multipolnosti prelaza, spinova i parnosti&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">mogu se meriti i drugim tehnikama, recimo&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">preko ugaonih korelacija, ali u tom slučaju se&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">mere koincidencije, dok se prednost metode&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">niskotemperaturskih nuklearnih orijentacija&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">ogleda u činjenici da se dobijaju takozvani&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">&ldquo;single&rdquo; (direktni) spektri što olakšava&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">analizu i povećava tačnost merenja, međutim i&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">to sa druge strane ima svoju &ldquo;cenu&rdquo; a to je&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">složenost tehnike niskotemperaturskih&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">nuklearnih orijentacija, koja&nbsp; zahteva posebne&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">uslove i izuzetno pažljivo i precizno rukovanje&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">(visoki vakuum i izuzetno niske temperature&nbsp;</span><span style="font-size: 12px;">oko 10 mK).</span></p>

<p>This paper provides a detailed overview of the basic parameters that define the nuclear structure in order to understand the properties of nuclei that are measured in the experiments described in this dissertation. The starting point in explaining structure of&nbsp; the&nbsp; nuclei begin&nbsp; with defining the nuclear moments, followed by the definition of nuclear orientation, the formalism of nuclear orientation, nuclear magnetic resonance and relaxation time we come to the experimental part of this work. In the experimental part of the paper the measurement techniques&nbsp; are described and explanation of&nbsp; the principle of operation of the apparatus used in the experiments&nbsp; is given. The aim of the experiments was to study the&nbsp; nuclear&nbsp; structure of hafnium&nbsp; ¹⁷⁷Hf and&nbsp; scandium&nbsp; ⁴⁹Sc by low-temperature nuclear orientation method. Why we measure&nbsp; magnetic dipole moments? Magnetic moment as a parameter of nuclear structure is very important because it can be measured with extreme accuracy of the order of 10^-3.&nbsp; This feature&nbsp; is&nbsp; one of the most accurate data that can be obtained as a haracteristic of the&nbsp; examined nuclei. What&nbsp; we do next with experimentally easured&nbsp; magnetic moment? Constantly interweaving of theory and experiment here gets its true&nbsp; meaning, to&nbsp; get&nbsp; a theoretical model as accurate as possible&nbsp; we have to&nbsp; measure magnetic moment, and&nbsp; just measuring does not work if there is no prediction of a theoretical model. And therefore the precise value of the magnetic dipole moment is very important in order&nbsp; to adjust and do the&nbsp; &quot;fine tuning&quot; of the theoretical model for operators and wave functions with the mentioned accuracy. Some other parameters that define the&nbsp; structure of the nucleus, such as multipolarity&nbsp; transitions, spin and parity can be measured by other techniques, such as angular correlation, but&nbsp; in this case,&nbsp; we&nbsp; measure&nbsp; the coincidences, while&nbsp; in low-temperature nuclear orientation&nbsp; we&nbsp; have&nbsp; &ldquo;single&rdquo; spectra which facilitate&nbsp; analysis and&nbsp; enhance&nbsp; the accuracy of the measurement.&nbsp; However,&nbsp; LTNO method is more&nbsp; complex&nbsp; technique, which requires special conditions and extremely careful and precise handling (high vacuum and extremely low temperatures around 10 mK).</p>