-2-
*
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ...............................................................4
ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА......................................10
§ 1.1. Экспериментальная установка...................................11
1.1.1. Выбор энергии пучка..........................................12
1.1.2. Конструкция спектрометра.....................................15
§ 1.2. Электронная система регистрации и отбора событий..............20
§ 1.3. Методика измерения энергии и идентификации частиц.............25
§1.4. Методика восстановления физических распределений..............32
1.4.1. Телесный угол регистрации событий............................33
1.4.2. Учет ядерных реакций.........................................34
1.4.3. Влияние фоновых загрузок.....................................34
1.4.4. Краевые области детекторов...................................34
§ 1.5. Энергетическое разрешение спектрометра........................35
ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗРЕШЕНИЯ И АБСОЛЮТНОЙ ПРИВЯЗКИ
СПЕКТРОМЕТРА В ИЗМЕРЕНИЯХ СПЕКТРОВ НЕДОСТАЮЩИХ МАСС....41 § 2.1. Калибровочные параметры для обработки и анализа корреляционных
і
і- данных...........................................................41
§ 2.2. Калибровочные параметры для обработки и анализа инклюзивных
данных..........................................................45
§ 2.3. Контроль временной стабильности характеристик спектрометра.....48
§ 2.4. Определение возможных примесей в мишенях.......................49
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОИСК И СПЕКТРОСКОПИЯ 6Н...................51
§ 3.1. Обзор экспериментов и теоретических работ по исследованию 6Н....51 V, § 3.2. Образование 6Н в реакциях поглощения тГ'-мезонов..............54
Р
§ 3.3. Поиск 6Н в реакции 9Ве(л",3Не)Х................................63
-3-
ГЛАВА 4. ПОИСК СВЕРХТЯЖЕЛОГО ИЗОТОПА ВОДОРОДА 7Н......................67
§ 4.1. Анализ экспериментальных данных по поиску 7Н...................67
§ 4.2. Поиск образования 7Н в реакциях поглощения л"-мезонов..........69
4.2.1. Исследование реакции 9Ве (л-, рр) X..........................69
4.2.2. Исследование реакции 11В(л“,р3Не)Х...........................72
§ 4.3. Обсуждение результатов по поиску 7Н............................74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................79
\ Приложение 1. Ядерные состояния, образующиеся в двух- и трехчастичных
каналах реакции поглощения остановившихся л"-мезонов
ядрами.................................................81
Приложение 2. Формулы расчета недостающих масс (ММ) в реакции
поглощения остановившихся тГ-мезонов ядрами............83
ЛИТЕРАТУРА............................................................85
I •
ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальное изучение легких нейтронно-избыточных ядер и структуры уровней их возбуждений [1-4] является одним из основных направлений в развитии современных представлений о свойствах ядерных сил, характеристик ядер вблизи границы нуклонной стабильности и природы образования экзотических ядерных состояний.
В рамках решения этой проблемы наибольший интерес представляют экспериментальные исследования малонуклонных систем. В этих ядрах, с ростом нейтронного избытка, энергия отделения валентных нейтронов уменьшается, а затем обращается в нуль. Время распада, образующейся в непрерывном спектре ядерной системы, может оказаться достаточно большим (г = й/Г> 10~22с, где Г - ширина уровня), что приводит к образованию за границей нуклонной стабильности квазистационарных состояний, частным случаем которых являются ядерные резонансы. Замедление распада может быть обусловлено несколькими факторами, такими как, центробежный барьер, правила отбора по изоспину, возникновением многоканальных резонансов и другими структурными характеристиками ядер.
Сверхтяжелые изотопы водорода ПН (с числом нуклонов п £ 4) представляют особый интерес как ядра с экстремально большим соотношением числа нейтронов и протоноз [1,4]. Относительно небольшое число нуклонов делает возможным корректное микроскопическое описание их свойств и как, следствие, тестирование существующих ядерных моделей и нуклон-нуклонных потенциалов [5-9]. Результаты по спектроскопии сверхтяжелых изотопов водорода, также, важны для решения проблемы существования чисто нейтронных систем и понимания структуры слабосвязанных ядерных состояний.
-5-
В настоящей работе для исследования сверхтяжелых изотопов водорода 6Н и 7Н использовались реакции поглощения остановившихся отрицательных пионов на ядрах 9Ве и 11 В. Поглощение л'-мезонов ядрами является эффективным средством исследования легких нейтронно-избыточных ядер, что было, в частности, продемонстрировано для сверхтяжелых изотопов водорода 4Н и 5Н [10,11]. Этот метод обладает целым рядом преимуществ по сравнению с другими способами исследования нейтронно-избыточных ядер, к которым относятся эксперименты на пучках тяжелых ионов, в том числе и на радиоактивных пучках ионов, и эксперименты по двойной перезарядки и поглощению пионов на лету [1-4].
Отличительной особенностью метода является отсутствие погрешностей, связанных с энергетическим разрешением и угловой расходимостью пучка. Процесс поглощения остановившихся л~-мезонов ядрами [12-16] проходит с орбит мезоатома. Начальный импульс системы строго равен нулю. Неопределенность в определении энергии начального состояния связана только с различием в энергии связи в основном, наиболее связанном, 1э состоянии и 2р состоянии, из которого на исследуемых ядрах поглощается более половины пионов. Для 9Ве и 11В эта разность составляет 0.042 МэВ и
0.066 МэВ соответственно [12].
Поглощение пиона ядрами является многонуклонным процессом [13-15]. Большое, в масштабе энергии связи нуклонов, энерговыделение приводит к образованию нескольких быстрых ядерных частиц. Для реакций, в которых регистрируется одна или две заряженные частицы, остаточное ядро будет обладать избытком нейтронов. В таблицах П1.1 и П1.3 приложения 1 представлены ядерные состояния, которые могут быть исследованы при поглощении п-мезонов ядрами 9Ве и ”В.
4
Приложение 1 демонстрирует важное преимущество использования реакции поглощения остановившихся пионов в исследовании нейтронноизбыточных ядер. В рамках одного эксперимента удается получить информацию о широком наборе нейтронно-избыточных ядер, к которым относятся достаточно подробно исследованные изотопы гелия и лития, слабоизученные сверхтяжелые изотопы водорода и мультинейтроны, вопрос о существовании которых остается открытым. Данные по известным состояниям ядер позволяют естественным образом решить вопросы калибровки энергетических шкал, определения энергетического разрешения, стабильности параметров установки в течение всего времени измерений.
Следует отметить, что заметный вклад в поглощение пионов ядрами вносят квазисвободные процессы, в которых нуклоны остаточного ядра не принимают непосредственного участия в реакции. Это благоприятствует образованию слабосвязанных и квазистационарных состояний в трехчастичных каналах реакции. В то же время необходимо отметить, что теоретическое описание реакции поглощения остановившихся пионов ядрами с образованием заряженных частиц развито недостаточно для определения выходов каналов реакции и спектров процессов, определяющих физический фон реакции. Поэтому при анализе экспериментальной информации обычно используются простые феноменологичесие модели, что, однако, не ограничивает возможности поиска новых состояний и определения их параметров.
В настоящей работе представлены результаты исследований, полученные в рамках совместного эксперимента МИФИ - Северо-западный Университет (г.Эванстоун, США). Измерения были выполнены на высокоинтенсивном пучке медленных пионов (1-ЕР) Лос Аламоской мезонной фабрики (1_АМРР).
Аппаратурной основой эксперимента служили двухплечевой спектрометр заряженных частиц и набор самоподдерживающихся мишеней 9Ве,10,11В, 12,14С. Спектрометр был создан в нашей лаборатории «Физика ядра и автоматизация измерений» на основе кремниевых детекторов.
Метод исследований образования сверхтяжелых изотопов водорода основан на прецизионном измерении энергии заряженных частиц, испущенных в реакции поглощения 7Г-мезонов. Частицы регистрировались дзумя многослойными полупроводниковыми (п.п.д.) телескопами, расположенными под углом 180° относительно друг друга. Каждый телескоп позволял надежно идентифицировать изотопы водорода (р, б, Ц и гелия (3Не, 4Не, 6Не) и определять энергию этих ядер с высокой точностью вплоть до кинематических границ реакции (Е—100 МэВ). Важно отметить, что измерения на разных мишенях проводились без изменений в настройке установки и ускорителя, что существенно увеличило статистическую обеспеченность данных и минимизировало возможные систематические погрешности.
Двух- и трех-частичные каналы реакции с образованием нейтронноизбыточных ядер проявляются в виде пиков в спектрах недостающих масс к зарегистрированным, соответственно, одной и двум частицам. Для рассматриваемых в настоящей работе изотопов 6Н и 7Н использовались спектры недостающих масс, полученные из корреляционных данных с регистрацией двух заряженных частиц, испущенных под углом 180°. Такой подход был выбран по результатам исследования изотопов 4Н и 5Н, полученных нами ранее [17]. Было показано, что образование слабосвязанных состояний сверхтяжелых изотопов водорода более вероятно в квазисвободных процессах, при малых переданных этим состояниям импульсах.
- Київ+380960830922