ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Получение пучков радиоактивных ядер.
1.1. Основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер.
1.1.1. Феномен ядерного гало.
1.1.2. Экспериментальные характеристики ядерного гало.
1.1.3. Использование радиоактивных пучков для изучения структуры ядер.
1.2. Получение пучков радиоактивных ядер.
1.2.1. Принцип сепарации “на лету” продуктов фрагментации ядер первичного пучка.
1.2.2. Принцип 180Ь метода получения пучков радиоактивных ядер.
1.2.3. Сравнение двух методов получения пучков экзотических ядер. ГЛАВА II. Масс-сепаратор АКУЛИНА.
2.1. Мотивация.
2.2. Ионно-оптическая система.
2.2.1. Концепция, расчет, основные характеристики.
2.2.2. Магнитные элементы, измерения и установка.
2.3. Инженерно-технические устройства и узлы.
2.3.1. Вакуумная система, физическая криогенная мишень.
2.3.2. Производящая мишень, профилированный поглотитель.
2.3.3. Система диагностики первичного и вторичного пучков.
2.4. Экспериментальное измерение характеристик, сравнение с расчетом.
2.4.1. Измерение трансмиссии, профилей и разрешения на первичных пучках.
2.4.2. Эмиттанс, угловой разброс, дисперсия, измерение степени очистки вторичного пучка.
1
ГЛАВА III. Пучки радиоактивных ядер, получаемые с помощью установки АКУЛИНА.
3.1. Статистическая модель процессов фрагментации.
3.2. Получение пучков экзотических ядер на сепараторе АКУЛИНА.
3.2.1. Характеристики пучков первичных ядер, ускоряемых на У-400М.
3.2.2. Оптимизация условий получения и параметры некоторых пучков вторичных ядер.
3.3. Выходы продуктов ядерных реакций из толстой мишени при ее бомбардировке ионами 71л, ПВ и 151Ч.
3.3.1. Описание эксперимента.
3.3.2. Выходы ядер-продуктов в реакции ?1л(35,4 МэВ/А)+9Ве.
3.3.3. Выходы ядер-продуктов в реакции ПВ(32,6 МэВ/А)+9Ве.
3.3.4. Выходы ядер-продуктов в реакции 15М(47,5 МэВ/А)+9Ве.
ГЛАВА IV. Экспериментальное изучение структуры ядра 6Не.
4.1. Современные представления о структуре ядра 6Не.
4.2. Упругое рассеяние 6Не на 4Не в широком угловом диапазоне.
4.2.1. Мотивация.
4.2.2. Описание эксперимента.
4.2.3. Результаты и анализ полученных данных.
4.3. Изучение структуры 6Не при его взаимодействии с протоном.
4.3.1. Мотивация.
4.3.2. Описание экспериментальной аппаратуры.
4.3.3. Результаты и обсуждение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
2
ВВЕДЕНИЕ
Изучение легчайших ядер, находящихся на границе нейтронной и протонной стабильности, является одним из актуальных направлений исследований в современной ядерной физике. Специальный интерес вызывают исследования структуры ядер с нейтронным или протонным гало, представляющим собой разреженное ядерное вещество. В настоящее время уровень знаний таков, что не исключается существование аномально нейтронно-избыточных ядер, таких как, например 7Н. Теория, исходящая из современных знаний о свойствах ядерных сил, может хорошо описывать легкие ядра. Поэтому важно получение новых экспериментальных данных о свойствах ядер на линии нуклонной стабильности и резонансных состояний ядерных систем за границей нуклонной стабильности.
В течение последних 10 - 15 лет наиболее интенсивно ведутся исследования, основанные на использовании пучков радиоактивных ядер. В целом ряде лабораторий существует не менее десятка установок, на которых получают вторичные пучки как прямой сепарацией продуктов реакций, так и с последующим ускорением, обеспечивая малый эмиттанс и высокое энергетическое разрешение.
Большое значение для изучения структуры самих ускоренных вторичных ядер и для исследований с применением их в качестве вторичных пучков имеют методы, использующие реакции малонуклонных передач. Такие методы развивались на протяжении нескольких десятков лет для изучения ядер вблизи линии /^-стабильности.
В Лаборатории ядерных реакций действует циклотронный комплекс У-400 и У-400М, предоставляющий исключительные возможности для получения радиоактивных пучков легчайших ядер и проведения экспериментов с ними. Высокая интенсивность пучков тяжелых ионов, ускоряемых до энергий 32 - 50 МэВ/А, позволяет получать вторичные пучки радиоактивных ядер с энергиями в диапазоне 10-40 МэВ/А. Этот диапазон
3
выгоден для изучения реакций передачи с точки зрения интерпретации механизмов взаимодействия, а также в связи с возможностью получения энергетического разрешения ~0,5%, которое сравнимо с разрешением, получаемым на первичных циклотронных пучках.
Целью данной диссертации является создание установки АКУЛИНА -сепаратора вторичных пучков экзотических ядер высокой интенсивности и сравнительно хорошего качества. Сепаратор использовался в ряде экспериментов, в которых были изучены его рабочие характеристики. Эксперименты, посвященные изучению структуры ядра бНе> также являются предметом данной диссертации. В диссертации получены данные о выходах, угловых и энергетических распределениях продуктов реакции первичных циклотронных пучков 7Ы, 11В и 15N на толстых бериллисвых мишенях.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе кратко описаны основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер и рассмотрены методы их получения. Во второй главе дано обоснование создания установки, приведены результаты расчета, описана техническая реализация и измерение характеристик сепаратора пучков радиоактивных ядер АКУЛИНА. Третья глава посвящена результатам получения пучков радиоактивных ядер и измерению выходов продуктов реакций при бомбардировках толстых мишеней ионами 7Ы, 11В и 15N. В четвертой главе описаны эксперименты и приведены результаты изучения структуры ядра6Не в реакциях 6Не+4Не и 6Не+р.
На защиту выносятся следующее:
1. Сепаратор АКУЛИНА, установленный на линии выведенных пучков циклотрона У-400М, предназначенный для получения пучков легких экзотических ядер в диапазоне энергий 10-40 МэВ/А. Сепаратор включает в себя: ахроматическую ионно-оптическую систему, дополненную
восьмиметровым прямолинейным участком с фокусирующими элементами,
4
который доставляет пучки экзотических ядер в помещение с низким радиационным фоном; узел производящей мишени, рассчитанный на мощность первичного пучка до 0,5 кВт; узел профилированного поглотителя; реакционную камеру с комплексом криогенной газовой мишени и системой регистрации продуктов ядерных реакций.
2. Результаты получения пучков легких нейтронно-избыточных экзотических ядер 6,8Не, “"и, 11,12,14Be, данные об их интенсивности, содержанию примесей, энергии и разбросе по энергии, эмиттансе.
3. Данные о выходах, угловых и энергетических распределениях ядер 6 8Не, 8911 Li, 11,2 ,4Be, полученных при бомбардировке толстых бериллиевых мишеней пучками 1Li, !IB, lsN. Результаты были использованы при проектировании узла производящей мишени и горячего поглотителя ускорительного комплекса DRIBS.
4. Данные экспериментов по изучению реакций упругого рассеяния бомбардирующих ядер 6Не с энергией 151 МэВ на мишени 4Не, полученные в диапазоне углов 20°-47° и 120°-160° в системе центра масс, а также данные по изучению реакции передачи одного и двух нейтронов ‘Hf6Не,4Не)3Н, полученные при энергии пучка 6Не 25 МэВ/A в диапазоне углов от 20° до 160° в системе центра масс. Результаты измерений послужили основой для выводов о наличии “ди-нейтронной” структуры гало в ядре 6Не.
%
5
ГЛАВА I. Пучки радиоактивных ядер.
1.1. Основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер.
1.1.1. Феномен ядерного гало.
Исследования ядер вблизи границы /^стабильности всегда важны, во-первых, потому, что систематическое накопление данных о ядерной структуре в зависимости от 2 и А позволяет уточнять теоретические модели и делать на их основе надежные предсказания свойств новых нуклидов. Во-вторых, обнаруживаются новые, часто необычные явления в поведении ядерной материи: эффекты ядерных оболочек, новые моды распада ядер, нейтронные гало.
Эксперимент но фрагментации 11И [Тап85] стал первым экспериментом с использованием пучка экзотических ядер. В результате было открыто новое явление, названное нейтронным гало. За прошедшие годы исследования с пучками экзотических ядер развились в самостоятельное направление ядерной физики. Практически во всех странах, где имеются ускорители тяжелых ионов, были созданы установки для исследований с применением таких пучков.
В начальный период усилия физиков были сосредоточены на проведении экспериментов по измерению сечений взаимодействия, фрагментации и электромагнитной диссоциации, а также измерению импульсных распределений частиц, испущенных при фрагментации легких экзотических ядер [Тап95, 11п93]. Так были изучены изотопы легких элементов 68Не, 89,11 И, 10П1214ве, 8,2131415 в. Большая часть экспериментов была посвящена поискам и исследованиям нейтронного или протонного гало. Но по мере совершенствования техники эксперимента стали измеряться дифференциальные сечения упругого и неупругого рассеяния, проводиться спектроскопические исследования с использованием фрагментации и реакций передачи [Ког96].
Граница нуклонной стабильности на карте изотопов (рисунок 1.1.) определяется как линия, за которой ядра становятся нестабильными относительно нейтронного или протонного распада. Время жизни относительно /?-распада уменьшается, а энергия /^-распада увеличивается по мере приближения к границе стабильности. В области протонного избытка на границе нуклонной стабильности синтезированы ядра в диапазоне масс от изотопов гелия до свинца, а многие из них и изучены. Для нейтронноизбыточных ядер граница стабильности достигнута только для легких ядер.
Средняя энергия связи нуклона в стабильных ядрах находится в пределах 6-8 МэВ. Плотность вещества внутри ядра постоянна и имеет четко очерченную границу с довольно резким спадом. По мере удаления от области Д-стабильности в сторону нейтронного избытка энергия связи нейтронов уменьшается и на границе стабильности становится меньше 1 МэВ. Некоторые слабо связанные ядра имеют распределение плотности со значительной протяженной внешней частью. Было высказано предположение, что, такие ядерные системы имеют гало-состояния, которые были действительно обнаружены в области легких ядер. Наиболее изученными примерами ядер, имеющих одно- и двухнейтронное гало, являются "Ве и “Ц соответственно.
На рисунке 1.1 символами отмечены изотопы, имеющие гало или претендующие на его наличие. Протонные гало (например, изотоп 8В) из-за наличия кулоновского барьера не столь протяженны в отличие от нейтронных. Для характеристики протяженного нейтронного распределения
о
используется также термин “скин” (кожа). Ядро Не имеющее самое большое отношение числа нейтронов к числу протонов, не имеет гало, а четыре его валентных нейтрона образуют “скин” вокруг а-кора.
Существование ядерного гало - чисто квантово механический эффект, проявляющийся благодаря малой энергии отделения валентных нуклонов и короткодействующему характеру ядерных сил. Нуклоны или нуклонные
- Київ+380960830922