ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................
ГЛАВА 1. Основные систематические расхождения данных по сечениям фотоиейтронных реакций
1.1. Полная база данных но ядерным реакциям как средство системного изучения особенностей результатов разных экспериментов
1.1.1. Международное сотрудничество МАГАТЭ - Сеть центров ядерных данных
1.1.2. Реляционная база данных по ядерным реакциям
1.2. Особенности фотоядериых экспериментов разного типа -источники систематических расхождений результатов
1.2.1. Эксперименты с тормозным у-излучением
1.2.2. Эксперименты с квазимоноэнсргстичсскими фотонами, образующимися при аннигиляции на лету релятивистских позитронов
13. Основные систематические расхождения сечений реакций,
полученных в различных экспериментах
1.3.1. Расхождения данных по сечению полной фотонейтроиной реакции (у,хп)
1.3.1.1. Структура сечения реакции (энергетическое разрешение)
13.1.2. Абсолютная величина сечений реакции
13.2. Расхождения абсолютных величии сечений парциальных реакций (у,п) и (у,2п), полученных с помощью квазимоноэиергетических фотонов в Саклэ и Ливерморе
ГЛАВА 2. Обоснование метода взаимного согласования абсолютных величин сечений парциальных фотоиейтронных реакций,
полученных в экспериментах с квазимоноэнсргстичными фотонами
2.1. Детальный анализ соотношения данных о сечениях парциальных фотоиейтронных реакций (у,п) и (у,2п)
2.2. Анализ надежности процедур выделения фотоядериых реакций различной множественности
2.3. Метод взаимной корректировки данных по сечениям парциальных фотоиейтронных реакций
2.3.1. Метод взаимной корректировки данных по сечениям реакций
(У,2п)
2.3.2. Метод взаимной корректировки данных по сечениям реакций
(У.п)
ГЛАВА 3. Новые данные по сечениям полных и парциальных фотоядериых реакций, оцененные путем взаимного согласования результатов разных экспериментов
3.1. Сечения реакции (у,2п)
4
12
12
13
13
14
15
16
19
20
20
25
32
39
39
41
47
47
48
49
69
ВВЕДЕНИЕ
уравнением. Проблема состоит в извлечении из указанного уравнения величины а(к) по экспериментально измеренным значениям Y(Ejm). Варьируя верхнюю границу Ejm тормозного спектра W(Ejm,k), измеряют несколько значений Y(Ejm) и далее решают обратную задачу восстановления функции с(к) по набору значений Y(Ejm). Эта задача является некорректно поставленной и требует для получения устойчивого решения применения специальных математических методов. Существенный прогресс в интерпретации результатов экспериментов с тормозным у-излучением был достигнут после того, как начали разрабатываться методы устойчивого восстановления сечения реакции из ее выхода (методы обратной матрицы, наименьшей структуры Кука, Пенфолда-Лейсса, регуляризации Тихонова, и др.).
Большое количество экспериментальных сечений фотоядериых реакций было получено в Лоурснсовской Ливерморской национальной лаборатории (National Lawrence Livermore Laboratory) США (Ливермор) и Центре ддерных исследований Франции (France Centre d’Etudes Nucléaires de Saclay, Саклэ) с использованием пучков квазимоноэнергетических фотонов, образующихся при аннигиляции на лету быстрых позитронов. В экспериментах этого типа информация о сечении получается в виде разности двух выходов: a(k) « c(Ejm) « Y(Ejm) = Yc+(Ejm) - Yc.(Ejm). При измерении Yc+(Ejm) спектр налетающих фотонов представляет собой сумму спектров аинигиляционного и тормозного у-излучений, тогда как при измерении Ye.(Ejm) он имеет форму спектра тормозного у-излучения. В этой связи эффективный спектр фотонов, вызывающих реакцию, имеет форму относительно узкого аинигиляционного максимума.
Некоторое количество сечений реакций было получено при использовании пучков моноэнергетического меченого тормозного у-излучения. В таких экспериментах в режиме совпадений с исследуемым продуктом фотоядерной реакции с помощью магнитного спектрометра измеряется энергия Ei электрона, испытавшего торможение в мишени-конверторе ускорителя. Эта энергия и энергия Ео электрона, налетающего на мишень-конвертор ускорителя, однозначно определяют энергию тормозного у-кванта Еу = Ео - Е|. Фотоны с энергией Еукак бы “вырезаются” из непрерывного тормозного спектра -“метятся”. Спектр образованного у-излучения имеет гауссиано-подобиую форму и относительно небольшую ширину. Для соответствующего энергетического разрешения сечение реакции с помощью таких пучков измеряется непосредственно.
Различия методов получения фотонных пучков фактически обуславливают различие условий проведения экспериментов и приводят к определенным, и иногда весьма значительным, расхождениям результатов экспериментов различного типа: сечения
реакций, полученные в различных экспериментах, различаются не только по абсолютной величине, но и по общей форме, форме отдельных структурных особенностей, их энергетическому положению. Проблема получения точных и надежных данных о сечениях реакций в таких условиях является весьма актуальной. Очевидно, что эта проблема непосредственно связана с проблемой определения и учета систематических погрешностей отдельных результатов. Это тем более очевидно и потому, что заметное отличие друг от друга результатов различных экспериментов имеет ярко выраженный систематический характер. Так, например, давно и хорошо известен тот факт, что практически все сечения, полученные с помощью пучков квазимоноэнергстических аннигиляционных фотонов имеют меньшую абсолютную величину и существенно более гладкую форму по сравнению с сечениями, полученными с помощью тормозного у-нзлучения.
К настоящему времени накоплен огромный экспериментальный материал [1 - 4] по характеристикам полных и парциальных фотоядерных реакций на ядрах практически всех элементов Периодической системы элементов. Были изучены закономерности изменения основных характеристик ГДР (энергетическое положение максимума Етах', его амплитуда сшх и ширина Г, а также интегральное сечение сда1) при переходе от одного ядра к другому. Было установлено, что при переходе от легких ядер к тяжелым ГДР смещается из области энергий возбуждения ~ 20 - 24 МэВ к области - 13 - 14 МэВ, что может быть описано, например, с помощью полуэмпирических соотношений
Нтах = 75 А'1'3 МэВ
ИЛИ
(2)
Етак = 31.2 А-1'5 + 20.6 А'1'6 МэВ,
где А - массовое число ядра.
Величина ГДР (амплитуда сечения фотопоглощения или соответственно интегральное сечепие) изменяется от нескольких миллибарн до нескольких сотен миллибары приблизительно в соответствии с соотношением
а'"‘ = 60 Ыг/А МэВ»мб.
(3)
Ширина ГДР в значительной степени зависит от формы ядра и меняется от ~ 3 - 4 МэВ для магических ядер до ~ 7 - 10 МэВ в "мягких" сферических ядрах и в целом хорошо описывается с помощью соотношения
• Г » 0.026 Е191 МэВ. (4)
В области энергий максимума ГДР сечение фотопоглощения для большинства ядер в
основном исчерпывается сечениями (у,п), (у,р) и (у,пр) реакций, тогда как за максимумом ГДР заметный вклад в сечение фотопоглощения могут давать реакции с большей множественностью испускаемых нуклонов, прежде всего реакция (у,2п). Соотношение сечений реакций с испусканием одного и двух нейтронов является важной
характеристикой процесса фоторасщепления, зависящей от механизма возбуждения и распада ядра. Так, например, расхождение энергетической зависимости сечения реакции испускания единственного нейтрона с предсказаниями статистической модели, может служить доказательством проявления процессов прямого выбивания нейтронов у-квантами из ядра, а степень этого расхождения - мерой соотношения различных механизмов реакции [5].
Однако обоснованность таких заключений в значительной степени зависит от того, с какой точностью и надежностью определяется сечение реакции с испусканием
единственного нейтрона (у,п) в той области энергий, где становится возможным процесс испускания двух нейтронов в реакции (у,2п). В силу различных обстоятельств, основные из которых будут рассмотрены ниже, во многих случаях данные но реакциям (у,п) и (у,2п) оказываются взаимно связанными и влияющими друг на друга. К сожалению, такие данные, полученные в разных экспериментах, существенно расходятся друг с другом. Подавляющее большинство данных по реакциям (у,п) и (у,2п), а также и (у,3п), получено в экспериментах с квазимоноэиергетическими аннигиляционными фотонами в Ливерморе (США) и Саклэ (Франция), а причиной их существенных расхождений между собой являются [6 - 8] определенные недостатки использованных в экспериментах процедур определения множественности фотонейтронов.
Более того, выполненные ранее исследования [например, 9-11] показали, что во многих случаях и непосредственно получаемые в разных экспериментах данные, свободные от погрешностей, связанных с определением множественности продуктов, такие, как сечения полной фотонейтронной реакции
te)
• + (“£**)£ + (UZ'L)Z + (du‘X) + (U[U) = (ux‘X)
1.1.1. Международное сотрудничество МАГАТЭ - Сеть центров ядерных данных
Центр данных фотоядерных экспериментов (ЦЦФЭ) НИИЯФ МГУ, в котором выполнена настоящая диссертационная работа, является участником международной Сети центров ядерных данных под эгидой МАГАТЭ [12], в которую входят 13 организаций из 9 стран (Австрия, Венгрия, Китай, Корея, Россия, США, Украина, Франция, Япония). На основании согласованного распределения интересов и сфер охвата и при использовании унифицированных средств обработки ядерных данных эти организации обеспечивают сбор, компиляцию, форматирование и включение в единый международный фонд системы EXFOR (Exchange FORmat) [14] разнообразной числовой и справочно-библиографической информации по различным характеристикам (выходы, сечения реакций, угловые, энергетические, зарядовые, массовые, распределения их продуктов, всевозможные совпадения, корреляции и т.д.) ядерных реакций под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов и используют единый фонд данных для решения своих научно-информационных задач. Область ответственности ЦЦФЭ в этом сотрудничестве - фотоядерные реакции. Кроме фонда данных по ядерным реакциям системы EXFOR участникам Сети доступны также хорошо известные специалистам и широко используемые международные фонды ядерно спектроскопических данных (ENSDF - Evaluated Nuclear Structure Data File) и публикаций но ядерной физике (NSR -Nuclear Science References) и некоторые другие, более специализированные.
ЦЦФЭ в последние годы специализируется на создании доступных через Интернет реляционных БЦ с уникальными и эффективными поисковыми системами [15 - 30], предоставляющими пользователям широкине и гибкие возможности поиска информации по очень большому перечню их реквизитов, причем в практически неограниченных сочетаниях их друг с другом. Именно одна из таких реляционных БД - «База данных по ядерным реакциям (EXFOR)» - была создана в процессе выполнения настоящей диссертационной работы и использована для решения основных поставленных в ней задач.
1.1.2. Реляционная база данных по ядерным реакциям
В массиве EXFOR используется огромное количество реквизитов, описывающих данные, относящиеся к ядерным реакциям и условиям выполненного эксперимента, среди которых как основные с точки зрения решения задач, поставленных в настоящей работе, могут быть выделены следующие:
• ядро-мишень;
-13-
• налетающая частица;
• энергия налетающей частицы;
- Киев+380960830922