Ядерные реакции на среднетяжелых разделенных изотопах и на тяжелых радиоактивных ядрах (10.03.2009)

Автор: Балабекян Анаит Рафиковна

Получены новые данные о процессах (p,xn), (p,pxn), (d,xn) и (d,pxn) при 1( x (14 на обогащенных изотопах олова 112, 118, 120, 124Sn при энергиях 0.6. 1.0, 3.65, 8.1 ГэВ/нуклон. Исследован характер изменений сечений реакций (p,xn), (p,pxn) в области энергий 1-8.1 ГэВ.

Исследованы изомерные отношения 20 ядер-остатков из разделенных изотопов 112, 118, 120, 124Sn. Из полученных результатов следует, что характер изменений изомерных отношений сечений в зависимости от числа испущенных мишенью нейтронов обусловлен присутствием нейтронного гало в тяжелых изотопах олова (испарение нейтронов с поверхности ядра), а также тем, что наряду с каскадно-испарительным процессом существует процесс поглощения отрицательных вторичных пионов поверхностными квазидейтронами (- +d (n+n.

Впервые найдены сечения образования ( 70 остаточных ядер из каждой радиоактивной мишени 237Np, 241Am и 129I, соответственно, при облучении протонами с энергией 660 МэВ. Сделана оценка эффективности трансмутации на прямом пучке протонов.

Научная и практическая ценность:

Исследование явления ядерной мультифрагментации не ограничивается сугубо областью ядерной физики, а находит свое применение в астрофизике и космологии. Привлекает особое внимание существенное подобие термодинамических характеристик (температура, плотность, изоспиновая асимметрия) наблюдаемых при ядерной мультифрагментации и при сжатии/вспышке массивных звезд. Данный факт, в свою очередь, открывает широкую возможность для использования хорошо известных моделей ядерных реакций при описании распределения и эволюции материи во время взрыва суперновой.

Полученные в этой работе экспериментальные данные могут быть использованы для формирования библиотек ядерных данных (EXFOR, NSR).

На защиту выдвигаются следующие результаты:

1. Усовершенствована и автоматизирована методика идентификации и определения сечений образования короткоживущих ?-нестабильных продуктов ядерных реакций методом наведенной активности.

2. Разработана методика для расчета оптимальных параметров эксперимента по изучению ядер-продуктов находящихся в сложных цепочках распада.

3. Получены новые экспериментальные данные о процессах (p,xn), (p,pxn), (d,xn) и (d,pxn) при 1( x ( 14 на обогащенных изотопах олова 112, 118, 120, 124Sn при энергиях 0.6. 1.0, 3.65, 8.1 ГэВ/нуклон. Анализ энергетических зависимостей этих выходов указывает на наличие вкладов в выходы измеряемых остаточных продуктов канала с образованием пионов.

4. Исследованы изомерные отношения (20 ядер-остатков из разделенных изотопов 112, 118, 120, 124Sn, из которых для 10 пар продуктов(95Nb, 95Tc) – новые данные. Из полученных результатов следует, что характер изменения изомерных отношений сечений, в зависимости от числа испущенных мишенью нейтронов, обусловлен присутствием нейтронного гало в тяжелых изотопах олова (испарение нейтронов с поверхности ядра), а также тем, что наряду с каскадно-испарительным процессом существует процесс поглощения отрицательных вторичных пионов поверхностными квазидейтронами ((- +d ( n+n).

5. Получены сечения образования ядер продуктов в широкой массовой области из обогащенных изотопов олова (112Sn, 118Sn, 120Sn, 124Sn) под действием протонов и дейтронов. Из исследований следует, что легкие продукты реакции образуются в процессе мультифрагментации, которая предполагает фазовый переход жидкость-газ происходящий в горячем ядре при бомбардировки его высокоэнергетическими частицами. Впервые оценен вклад механизма мультифрагментации в образовании продуктов реакции в массовой области 40<A<80.

6. Получены новые результаты кинематических характеристик ядер-отдачи в реакциях на 118Sn под действием протонов и дейтронов с энергиями 3.65 ГэВ/нуклон. Сравнение передаваемых продольных импульсов на нуклоне указывает на более эффективную передачу импульсов протонами, чем дейтронами. Анализ этих экспериментальных результатов также указывает на вклад механизма мультифрагментации в образование лёгких и среднетяжелых продуктов.

7. В диссертации впервые получены сечения образования (70 остаточных ядер из каждой радиоактивной мишени 129I, 237Np и 241Am, соответственно, при облучении протонов с энергией 660 МэВ. Сделана оценка эффективности трансмутации на прямом пучке протонов.

Апробация работы:

Результаты представленные в диссертации, многократно докладывались на семинарах в отделе НЭОЯС и РХ Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (г.Дубна), в Ереванском государственном университете, Ереванском институте физики, на международных конференциях по структуре атомного ядра (1997—2007гг), на XXV международном коллоквиуме «Теоретика групповые методы в физике» (Мексика 2004г.)

Публикации:

Основные результаты исследований представлены в 15 работах, опубликованных в реферируемых журналах. В целом, по материалам исследований представленных в диссертации, опубликовано 20 работ.

Структура и объем диссертации:

Диссертация написана на основе двадцати работ, состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 206 страниц, включая 57 рисунков, 34 таблицы и список литературы из 193 наименований.

Содержание диссертации

Во введении обосновывана актуальность выполненной работы. Кратко изложено состояние теоретических и экспериментальных исследований механизма мультифрагментации. Сформулирована цель диссертации и приведено ее краткое содержание.

Первая глава посвящена методике эксперимента. Исследование продуктов реакций расщепления, деления или фрагментации активационным методом как правило связано с трудностями обработки большого массива спектрометрического материала. На основе накопленного опыта по исследованию сечений ядеpных реакций глубокого расщепления и фрагментации была усовершенствована методика обработки экспериментальных данных и создана автоматизированная система программ, позволяющая существенно повысить точность и эффективность обработки, что в свою очередь способствует решению поставленной задачи.

В таблице 1 приведен выход пакета программ, определяющей сечения образования ядер остатков из мишени олова (118Sn) в эксперименте проведенном в рамках данной работы. В таблице приведены средневзвешенные значения сечений некоторых ядер остатков и их погрешности – статистические (internal) и из разброса (external).

При расчете сечений образования остаточных ядер учитывалось, что спектрометрический тракт, как правило, имеет определенное «мертвое» время, в течение которого излучение не регистрируется, площадь пика полного поглощения (-квантов оказывается заниженной по сравнению с действительной. Особенно заметным это становится при больших загрузках, в частности, при

- живое время измерения.

В данной работе был рассмотрен распад генетически связанных ядер и определены независимые сечения образования этих ядер. Определен параметр оптимизации эксперимента, в котором методом наведенной активности исследуются спектры остаточных ядер.

Вторая глава диссертации посвящена исследованию ядерных реакций под действием протонов с энергиями 0,66, 1, 3,65 и 8,1ГэВ и дейтронов с энергией 3,65ГэВ/нуклон на разделенных изотопах олова (112,118,120,124Sn).

Получены новые экспериментальные данные о процессах (p,xn), (p,pxn) при 1( x ( 14 на обогащенных изотопах олова 112, 118, 120, 124Sn при энергиях 0.66, 1.0, 3.65 и 8.1 ГэВ и (d,xn), (d,pxn) при 3.65 ГэВ/нуклон. По теоретическим предсказаниям сечения исследуемых реакций практически остаются постоянными, что наблюдается для экспериментальных сечений реакций с вылетом более четырех нейтронов (Рис.1). Для реакций (p,2n) (Рис.1а) и (p,p2n) (Рис.1б) сечения сначала уменьшаются, а потом растут, с ростом энергии, в области выше 1 ГэВ. Указанный рост сечений объясняется наличием вкладов в выходы измеряемых остаточных продуктов канала с образованием пионов. Отношения сечений реакций (d,xn)/(p,(x-1)n) и (d,pxn)/(p,p(x-1)n) не согласуются с предсказаниями каскадно-испарительной модели. Экспериментальные значения превышают расчетные в среднем в 1.5-2 раза (Рис.2). Это объясняется тем, что экспериментальные сечения чувствительны к двухнуклонной структуре дейтрона, в то время как теоретические расчеты не полностью учитывают эту структуру.

В работе получены изомерные отношения (отношение сечения образования высокоспиновых состояний ядер к низкоспиновым) ( 20 остаточных ядер (Таблица 2). Исследование показали, что изомерные отношения сначала растут, а потом остаются постоянными с ростом числа испущенных мишенями нейтронов. На основе полученных данных утверждается, что такое поведение изомерных

отношений сечений обусловлен присутствием нейтронного гало в тяжелых изотопах олова (испарение нейтронов из поверхности ядра), а также тем, что наряду c каскадно-испарительным процессом существует процесс поглощения отрицательных вторичных пионов поверхностными квазидейтронами ((- +d (n+n).

Рис. 1 Зависимость сечения образования ядер остатков от энергии налетающего протона. а) 116mSb ?- из мишени 118Sn; ?- из мишени 120Sn; ?-из мишени 124Sn. b) 110Sn ?-из мишени 112Sn; ?-из мишени 118Sn; ?- из мишени 120Sn; ?- из мишени 124Sn.

В данной работе исследованы также выходы образования остаточных ядер в широкой массовой области продуктов. Наблюдается зависимость этих выходов от третьей проекции изоспинов как остаточных ядер, так и ядер-мишеней. Изоспиновая зависимость имеющихся экспериментальных данных указывает на скейлинговый характер. В случае мультифрагментации отношение выходов фрагментов образованных из разных мишеней экспоненциально зависит от изотопического спина ядер-продуктов:

=(N-Z)/2 третья проекция изотопического спина образованного фрагмента.

Рис. 2 Зависимость отношения сечений образования остаточных ядер а) дейтрон-ядерных б) протон-ядерных реакций от числа вылетевших нейтронов. ?-Экспериментальные результаты для всех мишеней, ?-теоретические расчеты по каскадно-испарительной модели. Сплошная кривая усреднение по расчетным данным.

В от разности нейтронного избытка мишени для легких и среднетяжелых остаточных ядер. В таблице 3 приведены значения параметров В для разных массовых областях фрагментов и для разных пар мишеней. Из таблицы видно, что параметр В чувствителен к механизму образования продуктов в разных массовых областях. Анализ полученных результатов указывает на то, что легкие продукты образуются в процессе мультифрагментации, которая предполагает фазовый переход жидкость-газ, происходящий в горячем ядре при взаимодействии ядра-мишени с высокоэнергетическими частицами. В массовой области продуктов 40 (A (80 впервые отмечен вклад механизма мультифрагментации, в то время как ядра продукты, близкие по массам к мишени, образуются в процессе расщепления.

Рис.3 Изоскейлинговая зависимость выходов остаточных ядер.

Аламосовской кварк-глюонной струнной модели (LAQGSM03) использованы при обсуждении экспериментальных результатов.

Рис. 4 Зависимость параметра В от разности нейтронного избытка мишени для разных массовых областях фрагментов. ?-для области фрагментов 7?A?40: ?-для области продуктов 40?A?80.

На рисунке 5 приведены зависимости продольных передаваемых импульсов от числа вылетевших нуклонов. Изменение наклона в этой зависимости в области ?А~50 указывает на изменение механизма образования остаточных ядер. Ядра-остатки в массовой области ?А?50 образуются в процессе расщепления, в то время как остаточные ядра в массовой области ?А>50 образуются не только в процессе расщепления, но и по механизму мультифрагментации.


загрузка...