СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ 4
ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ 31
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ И ПОЛНЫХ СЕЧЕНИЙ РЕАКЦИЙ ЛЕГКИХ ЧАСТИЦ ПРИ НИЗКИХ И СРЕДНИХ ЭНЕРГИЯХ
1.1 Основные характеристики экспериментальной установки, 3 2
связанной с изохронным циклотроном ИЯФ НЯЦ РК
1.2 Методика измерения угловых распределений продуктов 36
ядерных реакций
1.2.1 Мишени изотопов 36
1.2.2 Угловое разрешение спектрометра частиц 37
1.2.3 Методика регистрации и идентификации вторичных частиц 40
при измерениях угловых распределений
1.2.4 Программное обеспечение измерений и обработки 47
экспериментальных данных
1.3 Методы измерения полных сечений реакций 50
1.3.1 Вводные замечания 50
1.3.2 Обзор экспериментальных методов измерения полных 52
сечений реакций
1.3.3 Методика измерения полных сечений реакций с использова- 59
нием многослойного телескопа кремниевых детекторов
2 МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ И ПОЛУМИКРОСКОПИЧЕСКИЕ 62
ОПТИКО-ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ
2.1 Макроскопическая оптическая модель, формализм расчетов 64
2.1.1 Эмпирическая (энергетическая и массовая) зависимость 69
параметров макроскопических оптических потенциалов для
2
альфа-частиц в области энергий до 80 МэВ
2.2 Полумикроскопическая фолдинг-модель, формализм 93 расчетов
2.2.1 Энергетическая и массовая зависимость параметров 98 полумикроскопической фолдинг-модели для альфа-частиц
3 МЕТОДЫ АНАЛИЗА УГЛОВЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ 106 НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
3.3 Стандартная коллективная модель неупругого рассеяния 114
частиц и деформационные характеристики ядер
4 ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УГЛОВЫХ 121
РАСПРЕДЕЛЕНИЙ АЛЬФА-ЧАСТИЦ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ НА СРЕДНИХ ЯДРАХ, ПОЛНЫЕ СЕЧЕНИЯ РЕАКЦИЙ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИХ ОПТИКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО АНАЛИЗА
4.1 Ядро кремния-28: угловые распределения и полные сечения 124
реакций альфа-частиц
4.2 Четные изотопы титана-48, 50 142
4.3 Четно-четные изотопы циркония и фазовый сдвиг в угловых 149
распределениях неупругого рассеяния
4.3.1 Фазовые сдвиги в угловых распределениях дифракционного 159
рассеяния альфа-частиц на изотопах циркония
4.4 Четно-четные изотопы олова 161
5 СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧЕТНО- ЧЕТНЫХ 172 СРЕДНИХ ЯДЕР И ИХ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
3.1 Метод связанных каналов
3.2 Метод искаженных волн
107
111
5.1 Вводные замечания
172
3
Определения и основные соотношения для структурных характеристик атомных ядер
Нуклонные плотности и среднеквадратичные радиусы ядер с массовыми числами А=12—124
Деформационные длины, отношения нейтронных и протонных компонент в низколежащих коллективных состояниях ядер с А=28—124 и их сравнительный анализ Радиальные параметры средних ядер, полученные из анализа данных в рамках других теоретических моделей (параметризованного фазового анализа и теории Глаубера-Ситенко)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,
СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
ОМ - оптическая модель;
ОП - оптический потенциал;
ПФМ - полумикроскопическая фолдинг-модель; МИВ - метод искаженных волн;
МСК - метод связанных каналов;
УР — угловые распределения;
ПСР - полные сечения реакций; фм (fm)-ферми; град, (deg) - угловой градус; мб (mb) - миллибарн;
мбарн/стер (mb/st) - миллибарн/стеррадиан.
5
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Единой теории атомного ядра к настоящему моменту' создать не удалось, нет полной определенности в информации о ядро-ядерных взаимодействиях и решение проблемы видится в накоплении новых экспериментальных данных о структуре ядер и механизмах ядерных реакций.
Изучение взаимодействий частиц и ядер с ядрами является одной из наиболее активно развивающихся областей теоретической и экспериментальной ядерной физики низких и средних энергий [1, 2]. Во многом это связано с актуальностью систематического совместного изучения семейства экспериментальных данных с привлечением современных феноменологических, полумикроскопических и микроскопических подходов для получения новой информации о структурных характеристиках ядерного вещества. В настоящее время также проводятся интенсивные исследования уникальных свойств легких экзотических (нейтроноизбыточных) ядер, в которых альфа -частица (по обоснованному модельному предположению) является остовом.
Из совокупности полученных в последние десятилетия сведений о характеристиках ядерных процессов, инициированных нуклонами и более сложными частицами (нуклиды гелия, лития и т.д.) следует, что экспериментальные исследования упругих и неупругих взаимодействий при низких и средних энергиях играют важную роль в изучении структуры ядер [3, 4, 5]. При энергиях 7-20 МэВ/нуклон легких частиц (3,4Не-ионы/), ускоряемых на изохронном циклотроне Института ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан (ИЯФ НЯЦ РК), как правило, в передней области углов доминирует прямой механизм. В то время как в других процессах, идущих в условиях значительной диссипации кинетической энергии с глубокой перестройкой сталкивающихся ядер, приходится иметь дело с более запутанной
6
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Единой теории атомного ядра к настоящему момент}' создать не удалось, нет полной определенности в информации о ядро-ядерных взаимодействиях и решение проблемы видится в накоплении новых экспериментальных данных о структуре ядер и механизмах ядерных реакций.
Изучение взаимодействий частиц и ядер с ядрами является одной из наиболее активно развивающихся областей теоретической и экспериментальной ядерной физики низких и средних энергий [1, 2]. Во многом это связано с актуальностью систематического совместного изучения семейства экспериментальных данных с привлечением современных феноменологических, полумикроскопических и микроскопических подходов для получения новой информации о структурных характеристиках ядерного вещества. В настоящее время также проводятся интенсивные исследования уникальных свойств легких экзотических (нейтроноизбыточных) ядер, в которых альфа -частица (по обоснованному модельному предположению) является остовом.
Из совокупности полученных в последние десятилетия сведений о характеристиках ядерных процессов, инициированных нуклонами и более сложными частицами (нуклиды гелия, лития и т.д.) следует, что экспериментальные исследования упругих и неупругих взаимодействий при низких и средних энергиях играют важную роль в изучении структуры ядер [3, 4, 5]. При энергиях 7-20 МэВ/нуклон легких частиц (3,4Не-ионы), ускоряемых на изохронном циклотроне Института ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан (ИЯФ ИЯЦ РК), как правило, в передней области углов доминирует прямой механизм. В то время как в других процессах, идущих в условиях значительной диссипации кинетической энергии с глубокой перестройкой сталкивающихся ядер, приходится иметь дело с более запутанной
6
Совместно анализируя экспериментальные данные по рассеянию сх-частиц, электронов, по кулоновскому возбуждению и временам жизни ядерных состояний можно получить информацию о массовых, протонных и нейтронных ядерных плотностях. Отметим, что налетающие частицы должны иметь некоторую оптимальную энергию, чтобы могли "прощупывать” характеристики ядра, как целого, иначе пробная частица при высоких энергиях (быстро пролетая через ядро) начинает зондировать лишь структуру составляющих компонент (отдельно нейтронов или протонов) ядра.
Важнейшему вопросу о том, какие типы налетающих частиц и каких энергий лучше всего подходят для изучения структурных характеристик ядер, посвящено много работ. Для исследования нейтронных и протонных компонент ядерного вещества очень важным фактором является то, чтобы пробные частицы (не считая электронов) в исследуемой области энергий были сильновзаимодействующими. В работе [7] этот вопрос подробно исследован учеными Ливерморской национальной лаборатории (США) на основе систематического анализа имеющихся экспериментальных и теоретических данных. В ней приведены (в виде таблицы) коэффициенты чувствительности различных типов частиц к нуклонным (нейтронным и протонным) компонентам ядерного вещества. В [7] показано, что налетающие а-частицы (всех энергий) одинаково хорошо (в равной степени) чувствительны и к нейтронным, и к протонным компонентам ядерного вещества (коэффицент bn/bp =1), в то же время протоны с энергиями 1 ГэВ (0.8 ГэВ) имеют bn/bp = 0.95 (0.83). Таким образом, для сравнительного изучения нуютонных компонент ядерного вещества можно использовать сильновзаимодействующие а-частицы, которые чувствительны к ее массовой (изоскалярной) компоненте.
При использовании а-частиц в качестве пробных трудности в интерпретации экспериментальных данных значительно меньше, чем при использовании слабосвязанных частиц. Ряд эффектов (развал налетающей
8
частицы в поле ядра-мишени и другие непрямые механизмы взаимодействия), играющих важную роль при рассеянии 3Не- и полутяжелых ионов, точный учет которых вызывает затруднения, для а-частиц в области исследуемых энергий и ядер-мишеней становится пренебрежимо малым. Кроме того прямой механизм реакции, заложенный в применяемых теоретических подходах, в области низких и средних энергий становится простым и учтенным и, следовательно, интерпретация экспериментальных данных в рамках этого механизма - достаточно определенной и однозначной. Именно разработанность и относительная точность макроскопического и полумикроскопического оптикопотенциального подходов позволяет использовать процесс взаимодействия а-частиц и экспериментальные данные (УР и ПСР) как инструмент для изучения структурных характеристик ядра.
Новый интерес к данным по дифференциальным и полным сечениям реакций для а-частиц и легких ионов возник в связи с появлением пучков радиоактивных ядер (6,8Не и другие) и проявлением их экзотических свойств при взаимодействии со стабильными ядрами [8, 9], которые объясняются влиянием "нейтронной шубы" в ядрах 68Не. Поэтому является актуальным сравнение экспериментальных результатов по УР и ПСР легких нейтроноизбыточных ядер 6,8Не, а также 4Не, являющегося их кором, с различными ядрами. Такие исследования проводятся нами совместно с Флеровской лабораторией ядерных реакций ОИЯИ (г. Дубна). В настоящее время в ОИЯИ осуществляется проект ОИВб, в рамках
которого предусмотрено получение интенсивного пучка (109 частиц/сек)
6 8
ионов Не с энергией до 12-14 МэВ/нуклон, что открывает перспективы проведения экспериментов в малоисследованном энергетическом диапазоне. В этом же энергетическом диапазоне соответствующие измерения сечений квазиупругих процессов и ПСР могут быть выполнены с ионами 4Не на изохронном циклотроне ИЯФ НЯЦ РК. К настоящему
9
времени подобные комплексные исследования (в сравнимых условиях) единичны.
Относительно большая величина экспериментальных сечений взаимодействия (УР рассеяния и ПСР) и настоящая степень развития теоретических методов, привлекаемых к их анализу, позволяют извлечь принципиально важную для физики ядра информацию о величине эффективного потенциала взаимодействия сталкивающихся систем. Одним из разработанных методов его поиска остается феноменологический (макроскопический) подход, основанный на анализе данных упругого рассеяния в рамках оптической модели (ОМ) ядра, действительная часть которого, по существу, является потенциалом среднего поля, отражающим фундаментальные свойства атомного ядра.
Параметры эффективного потенциала, извлекаемого из экспериментальных данных по упругому рассеянию сложных частиц в рамках ОМ ядра, подвержены дискретным и непрерывным неоднозначностям и нуждаются в надежных оценках. Несмотря на огромные усилия, предпринимаемые экспериментаторами и теоретиками, задача определения потенциала взаимодействия сложных частиц с ядрами далека от завершения и относится к одной из актуальных проблем ядерной физики. Для обеспечения единства и полноты описания широкого круга ядерных данных нами проведен комплексный анализ экспериментальных дифференциальных сечений рассеяния а-частиц и их полных сечений взаимодействия. Та кой анализ позволяет существенно конкретизировать фундаментальную для физики ядра информацию о характере и величине потенциала межъядерного взаимодействия, знание которого необходимо для определения структурных характеристик ядер, природы и механизма ядерных превращений с участием различных по типу налетающих частиц.
Наряду с разработкой последовательных микроскопических подходов, связанных с решением многочастичной задачи с эффективным нуклон-нуклонным взаимодействием, ведется поиск путей, направленных
10
на ограничение неопределенностей параметров феноменологических оптических потенциалов (ОП). Одним из таких возможностей определения «физически» обоснованных параметров ОП является построение их глобальных зависимостей на основе анализа экспериментальных данных для широкого диапазона энергий частиц и массовых чисел ядер-мишеней.
Для а-частиц с энергией выше 80 МэВ в работе [10] получен глобальный оптический потенциал на основе данных упругого рассеяния
90
на при этом использованы рекомендации о геометрии параметров ОП и их зависимости от энергии, полученные Ь.\У. Рт и А.МЛ. Раапэ [И]. Нами впервые [12] получены обобщенные эмпирические (энергетические и массовые) зависимости параметров макроскопического ОП для а-частиц в ооласти энергий от кулоновского барьера до 80 МэВ. При этом использован форм-фактор типа Вудс-Саксона для макроскопического потенциала и учтены рекомендации работы [10] о "глобальной’1 зависимости при энергиях выше 80 МэВ и статьи [11] о геометрии опти юского потенциала. Учитывая тот факт, что на основе данных для ^Ъх в работе [10] построена зависимость параметров ОП в области энергий выше 80 МэВ, выбор ооъекта исследования очень удачен, что существенно усиливает значение работы [ 12], в котором соблюдено единство подхода (и возможности объединения результатов) при построении общей зависимости в интервале энергий до и выше 80 МэВ.
Ограничение неоднозначности параметров оптического потенциала особенно важно при извлечении детальной информации о интегральных характеристиках возбужденных состояний ядер (параметров деформационных длин, соотношений нейтронных и протонных компонент и т.д.) в рамках современных потенциальных подходов (ОМ, методы связанных каналов и искаженных волн).
При низких и средних энергиях налетающих частиц развитым и популярным методом анализа экспериментальных данных (УР и ПСР) для получения структурных характеристик ядер является
11
полумикроскопическая фолдинг-модель (ПФМ) [13, 14], основанная на методе двойной свертки. ПФМ, используемая в настоящей работе, строится на основе полного МЗУ-эффективного взаимодействия и нуклонных плотностей, вычисленных для всех сталкивающихся ядер методом функционала плотности [15].
В своем развитии до ее настоящего состояния [13, 14] ПФМ прошла ряд этапов, выделим из них два основных. Обоснование фолдинг-процедуры с использованием нуклон-ядерного взаимодействия (однократная свертка) и в последующем эффективных нуклон-нуклонных сил (двойная свертка) проведено О.М. Князьковым [16], при этом плотность распределения вещества в налетающей частице и ядре-мишени задавалось в виде стандартного фермиевского распределения. Важнейшим этапом в развитии ПФМ (расширившем ее возможности для определения структурных характеристик ядер) явилось привлечение метода функционала плотности [15] для расчета нуклонных плотностей, разработанное С.А. Фаянсом из РНЦ «Курчатовский институт». В таком завершенном виде ПФМ [13, 14] успешно начала применятся к анализу квазиупругого рассеяния легких экзотических ядер [17] с 1995 года.
В рамках усовершенствованной ПФМ [13, 14] (на основе МЗУ-эффективного взаимодействия и нуклонных плотностей, вычисленных для всех сталкивающихся ядер методом функционала плотности [15]), нами впервые проведен систематический анализ [12] данных а-ядерного взаимодействия и рассчитаны дифференциальные и полные сечения реакций в интервале энергий до 80 МэВ для ядер с А = 12-124.
Теоретическая модель, претендующая на полноту описания данных, должна с одним и тем же набором входных параметров воспроизводить как экспериментальные УР рассеяния, так и ПСР. К настоящему времени выполнено мало работ, в которых к анализу в рамках одной модели привлекались одновременно обе эти величины. Выбор оптимальных параметров макроскопического ОП и полумикроскопической фолдинг-
12
модели [13, 14] позволяет, в дальнейшем извлечь обоснованную
информацию о структурных характеристиках основного и возбужденных состояний исследуемого ядра.
В работе [12] представлена единая (энергетическая и массовая) зависимость параметров макроскопической ОМ и полумикроскопической
фолдинг-модели для а-частиц в слабо изученном ранее энергетическом диапазоне.
Результаты систематического макроскопического и полумикроскопического анализа экспериментальных данных взаимодействия а-частиц позволяют получить достоверную информацию о распределении вещества в нуклидах и свойствах потенциала ядро-ядерного взаимодействия. Уже в первых экспериментах по ПСР было установлено, что на основе их данных извлекается надежная информация о распределениях нейтронных и протонных плотностей взаимодействующих ядер [1-3]. При низких и средних энергиях взаимодействия величины ПСР наиболее чувствительны к распределению плотности нуклонной материи и даже к ее небольшим значениям на поверхности ядер. Именно, в пионерских экспериментах по измерению ПСР была обнаружена значительная протяженность радиальных параметров легких экзотических ядер и выдвинута гипотеза о существовании нейтронного гало [8, 9].
Среди ключевых и актуальных вопросов исследования структурных характеристик атомных ядер центральное место занимают следующие органически связанные между собой проблемы [3, 4, 5]: установление зависимости дифференциальных и полных сечений упругих и неупругих процессов от структуры сталкивающихся систем, определение радиальных параметров ядер, информация о распределении протонной и нейтронной компонент ядерной материи, экспериментальное исследование характеристик возбужденных состояний в ядрах.
Особый интерес представляет сравнение между собой параметров деформационных длин, а также соотношений нейтронных и протонных
13
компонент в низколежащих состояниях ядер, полученных из сопоставительного анализа экспериментальных данных неупругого рассеяния различных типов частиц на одном и том же ядре. Это обусловлено тем, что рассеяние электронов более чувствительно к зарядовому (протонному) распределению. В то же время, альфа-ядерное рассеяние в равной степени чувствительное и к протонным и к нейтронным распределениям, позволяет сразу определить изоскалярный (массовый) компонент в деформационных длинах. Количественные данные об отношениях нейтронных и протонных мультипольных матричных элементов Мп/Мр содержат информацию об изоспиновом характере переходов в коллективных состояниях атомных ядер.
Распределения нейтронов и протонов в ядрах относятся к числу основных, фундаментальных характеристик ядра, изучение которых имеет не только большое познавательное значение, но и необходимо как для решения практических задач ядерной физики, так и проверки наших представлений о взаимодействии нуклонов в ядрах, для проверки современных ядерных моделей.
Распределение зарядовой компоненты в ядрах успешно исследуется
и в настоящее время довольно хорошо изучено для широкого круга ядер
благодаря тому, что для их изучения имеются разработанные методы -
рассеяние электронов, кулоновское возбуждение. Действительно, в этих
процессах доминирует хорошо известное кулоновское взаимодействие, и
для его описания имеется практически точная теория, которая позволяет
по измеренным сечениям определять с высокой точностью распределения протонов в ядрах.
Что касается распределения нейтронов, то здесь ситуация значительно сложнее. Для того, чтобы получить информацию о нейтронных распределениях в ядре, необходимо провести сравнительный анализ данных зарядового и массового распределений на одном и том же ядре. Это возможно сделать используя данные, получаемые из
14
взаимодействия электронов и силыювзаимодействующих а-частиц. Кроме того, в настоящее время для анализа рассеяния а-частиц низких и средних энергий появились хорошо разработанные полумикроскопические и микроскопические фолдинг-модели, которые позволяют получить достоверную информацию о структурных характеристиках ядер, в том числе и распределении нуклонов в ядрах.
Проведенные в данной работе исследования отношений нейтронных
и протонных компонент в низколежащих коллективных состояниях ядер
послужат базой для дальнейших исследований эффектов нейтронного и
протонного гало в экзотических ядрах. На заключительном заседании
недавней международной конференции по экзотическим ядрам [18]
(EXON-2004), известный ученый Т. Motobayashi из RIKEN (Япония)
подчеркнул актуальность определения отношений нейтронных и
протонных мультипольных матричных элементов М„/Мр для
возбужденных состояний ядер в реакциях с экзотическими ядрами и тяжелыми ионами.
Конкретными объектами исследований в данной работе выбраны ядра с Z(A) - 14(28), 22(48,50), 40(90,94), 50(112-124). Для выбранного диапазона ядер с изменением массового числа увеличивается соотношение нейтронов N и протонов Z в этих ядрах. В соответствии с представлениями стандартной оболочечной модели естественно предположить, что в ядрах с равным числом протонов и нейтронов (кремний-28) различия в распределениях протонов и нейтронов малы. В то же время в других исследуемых ядрах с N>Z нейтронные распределения должны иметь больший размер, чем протонные. Однако ситуация вследствие кулоновского взаимодействия протонов и неравнозначности пр- и пп-взаимодействий внутри ядер, не так проста. Каково взаимное влияние этих факторов на конкретном ядре и каковы реально эти различия — до настоящего времени вопрос слабо исследованный.
15
Целью диссертационной работы является систематическое исследование взаимодействия альфа-частиц при энергиях до 20 МэВ/нуклон и определение структурных характеристик средних ядер по результатам комплексного анализа экспериментальных данных (дифференциальных сечений упругого, неупругого рассеяния а-частиц и полных сечений реакций) с использованием макроскопической оптической и полумикроскопической фолдинг-моделей. Для этого решались следующие основные задачи:
1) получение новых экспериментальных данных по дифференциальным сечениям рассеяния и полным сечениям реакций на ядрах с 1(А) = 14(28), 22(48,50), 40(90,94), 50(112,114,120,124);
2) установление эмпирических (энергетической и массовой) зависимостей параметров макроскопической ОМ с форм-фактором Вудс-Саксона в области энергий альфа-частиц до 80 МэВ, удовлетворяющих семейству определенных критериев отбора;
3) установление обобщенных (энергетической и массовой) зависимостей параметров полумикроскопической фолдинг-модели для альфа-частиц при энергиях до 80 МэВ;
4) определение оптимальных параметров макроскопической ОМ и полумикроскопической фолдинг-модели на основе совместного анализа экспериментальных УР и ПСР для исследованных ядер;
5) получение новых данных о распределении плотности вещества,
протонов, нейтронов ядер с А=12-124 и соответствующих им параметров
распределения Ферми, а также величин среднеквадратичных радиусов этих ядер;
6) проведение сравнительного анализа величин параметров
деформационных длин низколежащих 2/ и 3^ -состояний исследованных
ядер, получение для них новой количественной информации об
отношениях нейтронных и протонных мультипольных матричных элементов Мп/Мр.
16
Научная новизна работы. Впервые получены систематизированные экспериментальные УР упругого и неупругого рассеяния альфа-частиц с энергиями 21.8, 29.3, 40.1 и 50.5 МэВ на четно-четных изотопах кремния-28, титана-50, циркония-90,94, олова-112,114,120,124 с возбуждением низколежащих коллективных 2\ и 3|" -состояний ядер. Обнаружены фазовые сдвиги между осцилляциями (экспериментальными и расчетными) для 2|+ и ЗГ -состояний ядер циркония-90,94 в УР неупругого рассеяния альфа-частиц с энергиями 40.0 и 50.1 МэВ.
Осуществлена постановка методики измерения ПОР и получены новые данные для реакции 4Не+2851 в диапазоне энергий 8-30 МэВ.
В результате совместного теоретического анализа экспериментальной информации о УР рассеяния и ПОР в широком диапазоне массовых чисел ядер-мишеней и энергий налетающих а-частиц найдены величины оптимальных параметров макроскопической ОМ и полумикроскопической фолдинг-модели.
Впервые установлены эмпирические зависимости параметров феноменологической ОМ с форм-фактором Вудс-Саксона для а-частиц в области энергий от кулоновского барьера до 80 МэВ, удовлетворяющие следующим критериям отбора: оптимальному описанию
экспериментальных данных УР упругого и неупругого рассеяния, величин ПОР, эффекта "прозрачности” для ядер с А=90 в области энергии 18-26 МэВ. При этом в качестве критерия соответствия результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными использовались наряду с минимизацией ^ -величин и значения объемных интегралов от действительной части ОП.
Впервые установлены обобщенные энергетические и массовые зависимости параметров полумикроскопической фолдинг-модели для альфа-частиц при энергиях до 80 МэВ.
Получены новые данные о распределении плотности вещества, протонов, нейтронов в ядрах с А=12-124 и соответствующие им
17
параметры распределения Ферми, а также величины их среднеквадратичных радиусов, параметров деформационных длин для 2i* и 3i -состояний четно-четных ядер с А=28-124.
Впервые получена количественная информация о отношениях нейтронных и протонных мультипольных матричных элементов Мп/Мр в низколежащих 2j+ и 3f -состояниях ядер с А=28-124.
Научная и практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты существенно дополняют и уточняют информацию о параметрах макроскопической оптической и полумикроскопической фолдинг-моделей, о структурных характеристиках средних ядер, нейтронных и протонных компонентах ядерного вещества. Результаты измерений сечений на ядрах конструкционных материалов (кремний, титан, цирконий, олово) и обобщенные зависимости параметров ОМ для альфа-ядерного взаимодействия могут найти применение в радиационном материаловедении при расчетах спектров первично-выбитых атомов.
Массив новых экспериментальных данных по УР рассеяния а-частиц на изотопах Zr и Sn, представленный в настоящей работе, вошел в Фонд ядерных данных РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров, Россия) и в международную библиотеку ядерных данных EXFOR под номерами FO560 и F0561, размещенном на сайте МАГАТЭ (Вена, Австрия).
Экспериментальные данные и статьи, опубликованные автором, цитируются в международном сборнике по свойствам ядер (R.B. Firesrone. Table of Isotopes. Eighth Edition. A. Wiley-Interscience Publication JOHN WILEY & SONS, New York, 1999, Update).
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Экспериментальные данные УР упругого и неупругого рассеяния а-частиц, измеренные при энергиях в диапазоне 21.8 - 50.5 МэВ, на четночетных ядрах с массовыми числами А=28 - 124 с возбуждением их
18
низколежащих коллективных 2|+ и 3|‘ -состояний. В измерениях с повышенным угловым разрешением и малым шагом по углу (0.3°) обнаружены фазовые сдвиги между осцилляциями (экспериментальными и расчетными) для 2{ и -состояний ядер 90'9AZY в УР неупругого рассеяния а-частиц с энергиями 40.0 и 50.1 МэВ, исследованные в работах БащЫега С.Я. при энергиях 35.4 МэВ.
2. Постановка (реализация) методики измерения ПСР совместно с лабораторией ядерных реакций ОИЯИ и новые экспериментальные данные по ПСР на ядре 28Б1 в диапазоне энергий а-частиц 8-30 МэВ. Результаты анализа энергетической зависимости ПСР 4Не+2881 в области низких энергий по феноменологической ОМ.
3. Величины оптимальных параметров макроскопической ОМ и полумикроскопической фолдинг-модели для исследованных реакций, полученные в результате совместного анализа экспериментальной информации о УР рассеяния и ПСР в широком диапазоне массовых чисел ядер-мишеней и энергий налетающих альфа-частиц.
4. Эмпирические зависимости параметров феноменологической ОМ с форм-фактором Вудс-Саксона для альфа-частиц в области энергий от кулоновского барьера до 80 МэВ, удовлетворяющие следующим критериям отбора: оптимальному описанию экспериментальных данных УР упругого и неупругого рассеяния, величин ПСР, эффекта "прозрачности" для ядер с А=90 в области энергии 18-26 МэВ.
5. Обобщенные энергетические и массовые зависимости параметров
полумикроскопической фолдинг-модели для а-частиц при энергиях до 80 МэВ.
6. Данные о распределении плотности вещества, протонов, нейтронов ядер с А=12-124 и соответствующие им параметры распределения Ферми, а также величины их среднеквадратичных радиусов.
7. Экспериментальные величины параметров деформационных длин для 21+ и 3{ -состояний четно-четных ядер с А=28-124.
19
8. Выводы о различной деформируемости нейтронных и протонных компонент в низколежащих 2|Ч и 3f -состояниях ядер с А=28—124, новая количественная информация о отношениях нейтронных и протонных мультипольных матричных элементов Мп/Мр и результаты ее сопоставления с предсказаниями простой коллективной модели.
9. Вывод о том, что величины среднеквадратичных массовых радиусов, извлекаемые из феноменологической модели сильного поглощения (параметризованного фазового анализа) на исследованных изотопах циркония и олова, превышают аналогичные величины, получаемые по полумикроскопической фолдинг-модели.
Личный вклад диссертанта. На всех этапах выполненного исследования личный вклад автора диссертации в экспериментальную и расчетную части работы, в анализ и интерпретацию полученных результатов был определяющим.
Апробация работы. Результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на Всесоюзных (32-ой - 41-ый, 1982 - 1991 гг.) и Международных (42-ой - 53-ой, 1992-2003 гт.) Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, на Международных конференциях "Ядерная и радиационная физика" (Алматы, 1997, 1999, 2001, 2003 гг.), на 3-ей и 4-ой Международных конференциях "Modem problems of nuclear physics" (Tashkent, 1999, 2001, 2003), на 2-ой Евразийской конференции "Ядерная наука и ее приложения" (Алматы, 2002 г.), на семинарах Лаборатории ядерных реакций им. Т.Н. Флерова и Лаборатории информационных технологий ОИЯИ (г. Дубна), Отдела ядерной физики Института ядерных исследований НАН Украины, ИЯФ АН Республики Узбекистан, ИЯФ НЯЦ РК.
Связь темы исследований с планами научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с заданиями Республиканских Программ фундаментальных исследований: "Экспериментальные и теоретические исследования механизма ядерных
20
реакций, деления и возбужденных состояний ядер" (шифр Ф.0084, 1997-1999 гг.), "Исследовать структуру ядер и механизмы ядерных реакций" (шифр Ф.0212, 2000-2002 гг.) и протоколов о совместной научно-исследовательской работе между ИЯФ и ОИЯИ (г. Дубна) в рамках утвержденных тем.
Публикации. Основные результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 38 работах, в виде монографии, журнальных статей, препринтов и докладов на конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 241 страницах текста, иллюстрируется 47 рисунками, 33 таблицами и содержит список цитируемой литературы из 253 наименования.
Основное содержание диссертации.
Во введении обоснована актуальность выполненного исследования, кратко изложено современное состояние экспериментальных и теоретических аспектов проблемы, сформулированы цель диссертации и задачи исследования, отмечена их научная новизна и практическая ценность результатов исследования. Приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту.
Первый раздел работы содержит обзор и описание современных экспериментальных методов измерения дифференциальных и полных сечений реакций с участием легких частиц в области энергий до 100 МэВ.
Приведены основные характеристики экспериментального комплекса для измерений УР и ПСР, связанного с изохронным циклотроном У-150М ИЯФ НЯЦ РК. Описана усовершенствованная методика измерений УР рассеяния легких частиц, реализованная на базе экспериментальной камеры рассеяния.
Измерения УР вторичных частиц проводилось поворотным полупроводниковым спектрометром, расположенным на вращающейся крышке камеры рассеяния. Внутри камеры имеется 8-ми позиционная
21
кассета с мишенями, устанавливаемая дистанционно под углами -45°, +90°, +45° относительно оси пучка.
При исследовании ядерных реакций важным элементом являются характеристики используемых мишеней. Нами применялись самоподдерживающие пленки обогащенных изотопов 288ц 48 50Т1,90'9*Zr и 1,21248п. К ним предъявлялись следующие требования: фольги вещества должны быть достаточно тонкими (от 1.0 до 4.0 мг/см2) и равномерными по толщине, чтобы потери энергий вторичных частиц были пренебрежимо малыми. Приведены основные характеристики (толщина, изотопное содержание) использованных твердых мишеней.
Одним из важнейших экспериментальных параметров при измерениях УР рассеяния является угловое разрешение спектрометра. Нами проведено прямое измерение величин возможных систематических угловых погрешностей камеры рассеяния с использованием особенностей кинематики рассеяния тяжелых частиц на легких ядрах, в частности реакции ]Н (а, а^Н. В результате выполненных экспериментов показано, что систематическая угловая погрешность 50, обусловленная несовпадением оси камеры и пучка налетающих частиц, является наибольшей среди других ее составляющих компонентов, что требует специального ее измерения в каждой серии экспериментов.
Для регистрации и идентификации продуктов реакций использована (ДЕ-Е) - методика, основанная на одновременном измерении удельных потерь энергии заряженной частицы в веществе с1Е/бх и ее полной кинетической энергии Е. Структурно она состоит из трех измерительных каналов, приведено полное описание ее программного обеспечения. В телескопах детекторов, в качестве пролетных ДЕ-счетчиков использовались поверхностно-барьерные кремниевые детекторы с толщинами от 100 до 200 мкм. В качестве Е - детекторов использовались диффузионно-дрейфовые 81(Ы) детекторы с толщинами от 1 до 2 мм.
22
- Київ+380960830922