Главная » 2014»Июнь»24 » Скачать Резонансные состояния и электромагнитные переходы в ядре 26Al. Качан, Александр Семенович бесплатно
4:59 PM
Скачать Резонансные состояния и электромагнитные переходы в ядре 26Al. Качан, Александр Семенович бесплатно
Резонансные состояния и электромагнитные переходы в ядре 26Al
Диссертация
Автор: Качан, Александр Семенович
Название: Резонансные состояния и электромагнитные переходы в ядре 26Al
Справка: Качан, Александр Семенович. Резонансные состояния и электромагнитные переходы в ядре 26Al : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.16 Харьков, 1984 129 c. : 61 85-1/2210
Объем: 129 стр.
Информация: Харьков, 1984
Содержание:
ВЕЕЩЕНИЕ
1 ОБЗОР ЖТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ О СВОЙСТВАХ В03БУ1ДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ И ЭЛЕКТРОМАЕШТНЫХ ПЕРЕХОДОВ В ЯДРЕ АС
2 ОСНОВНЫЕ
ВЫВОДЫ ТЕОРИИ РЕЗОНАНСНЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ И ТЕОРИИ ШШКТРСМАГНИТНОГО ИЗНУЧЕНИЯ
21 Ядерные реакции, вызываемые протонами низких энергий
22 Вероятности электромагнитных переходов
23 Роль изоспина в электромагнитных переходах и гамма-распад аналоговых резонансов
24 М1-резонанс в легких ядрах
3 АНПАРАТУРА, МЕТОДИКА ИШЕРЕНИЙ И АНАЛИЗА ЭКСПЕР№IrflEHTMEHHX ДАННЫХ
31 Ускоритель протонов, система измерения энергии и стабилизации
32 Мишени
33 Спектрометр гамма-лучей
34 Измерение функции возбуждения в »й) гГ реакцшзх
35 Анализ угловых распределений гамма-лзгчей,
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
41 ФуЕшции возбуждения реакций f9[P)y и SfpPlf) fS схемы распада резонансных состояний ядра f\t
42 Угловые распределения гамма-лучей в реакции MqfplffAi l[p}!}
Введение:
Актуальность проблемы. Изучение структуры резонансных состояний и свойств электромагнитных переходов легких ядер {А 40) с помощью реакций радиационного захвата и неупругого рассеяния протонов представляет собой одно из актуальных направлений ядерной физики. Это обусловлено тем, что в области так называемых низких энергий, где возможны радиационный захват и неупругое рассеяние протонов, все другие каналы реакций закрыты. Реакции радиационного захвата протонов атомными ядрами позволяют устанавливать свойства возбужденных состояний ядер в очень широком диапазоне энергий возбуждения. Благодаря плавному изменению энергии ускоренных протонов и высокой монохроматичности пучка возможно изучать в й реакции уровни ядра от близких к энергии связи протона до энергий гигантского резонанса. Состояния, расположенные выше энергии связи частицы, достаточно сложны. Поэтому направления исследования в резонансной области связаны с поиском и изучением относительно простых состояний, которые могут быть описаны в терминах частично-дырочных возбуждений или с помощью оболочечной модели. Зто изобараналоговые резонансы и гигантские резонансы различной мультипольности. Нечетно-нечетные ядра sd оболочки наименее изучены экспериментально и теоретически. Зто связано с тем, что эти ядра нестабильны, и поэтому изучение их свойств в реакциях с электронами и гамма-квантами не проводилось. А необходимость учета остаточного взаимодействия между нечетными протоном и нейтроном усложняет теоретические расчеты, 6 протонов Вр 1376, 1588, I65I, I70I, I7I6 кэВ и определены спины соответствующих резонансных состояний и коэффициенты смешивания по мультипольностям в гамма-переходах с этих резонансных состояний. 5. Впервые определены изоспины резонансных состояний ядра А в области энергий возбуждения 6,6-8,1 МэВ. Идентифицировано 18 изобараналоговых состояний. 6. Впервые изучен гамма-распад резонансо-подобной структуры в реакции я(р> (fj А /\Z 7. Впервые идентифицирован Ж-резонанс в ядре Научная и практическая ценность работы. Полученные в работе экспериментальные данные позволили найти распределение вероятностей электромагнитных переходов в резонансной области, идентифицировать М1-резонанс в ядре М Новые данные о положении М1-резонанса в нечетно-нечетных ядрах позволяют выяснить роль остаточного взаимодействия в формировании М1-резонанса и его фрагментации. Данные о вероятности перехода аналог-антианалог позволили получить значения параметра изоспинового расщепления и сравнить с модельными расчетами, 11центйфикация состояний типа поляризации остова позволила установить основную трехчастичнуго конфигурацию, ответственную за формирование таких состояний. Полученные данные могут быть использованы в расчетах звездного термоядерного синтеза, а также необходимы для удовлетворения запросов предприятий атомной энергетики и международного обмена, На защиту выносятся следующие результаты: 7,5 ZS I. Функция возбуждения реакции j(p>p) и энергетическое положение 26 резонансов, впервые обнаруженных в ос ядре ядра М Силы и схеш распада резонансных состояний в области энергий возбуждения 7,6-8,3 МэВ, предложенные впервые. 2. Анализ по статистической модели плотности уровней в резонансной области и вывод о том, что в рассмотренной области энергий возбувдения преобладают одночастичные степени свободы. 3. Угловые распределения гамма-лучей из реакции MQ(P> измеренные впервые. Спины резонансных состояний, коэффициенты смешивания по мультипольностям в гамма-переходах с резонансных состояний, значения вероятностей электромагнитных переходов и значения изоспина резонансных состояний. 4. Гамма-распад резонансо-подобной структуры в реакции lj(pi) АС и анализ вероятностей гамма-переходов типа аналог-антианалог и аналог-состояние поляризации остова в рамках частично-дырочного подхода оболочечной модели. 5. Энергетическое положение и тонкая структура Щ р е зонанса в ядре At Анализ полной М1-силы в рамках оболочечной модели ядра. Вывод о влиянии сия спаривания на раз* личие в положении М1-резонанса в нечетно-нечетных и четночетных ядрах sd гамма-квантов. Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на ХПХ-ХХХП Всесоюзных ежегодных совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра,на конференции по оболочки. 6. Метод и программа расчета угловых распределений о ядерно-физическим исследованиям, посвященной 50-летию осуществления в СССР реакции расщепления атомного ядра в г.Харькове. Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и 7 тезисов докладов.I. ОБЗОР Ж Т Е Р А Т Ш Щ Х Д Ш Ш Х О СВОЙСТВАХ ВОЗБУЖДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЬК ПЕРЕХОДОВ В ЯДРЕ hi В последние годы [1»2] реакция 9[Р) А привлекла внимание астрофизиков. Это связано с тем, что в метеорите Альенде был обнаружен [З] избыток устойчивого изотопа магния MQ (ПО сравнению с его средним содержанием в СолнечAt Оченой системе). Исследования показали, что этот избыток является следствием распада радиоактивного изотопа видно, что он должен был попасть в протосолнечную туманность за миллион лет до того, как начали затвердевать метеориты (таков период его полураспада). Сейчас появление изотопа 26 j /7J связывают со взрывом близкой сверхновой звезды. При таких взрывах температура повышается настолько, что в веществе начинается термоядерный синтез химических элементов, и в частности радиоактивного алюминия. ся с помощью реакции 7.6 At образуетM-At g fp>i() At в так называемом звездном цикле [3j. Этот цикл показан на рис. I. Так как MQ может образовываться при 2.6 распаде как основноR ГО состояния At it -J-/2 7,2. Ю л так и первого At t j/? 6,4С=6305 кэВ) определены с помощью реакций f9(p>b) At lji ,Р) AC, АС(р) А в работах [b-S], Гамма-распад связанных состояний изучался в работах [5,7,8,I0,IlJ в которых получены наиболее полные данные о коэициентах ветвления связанных состояний. Времена жизни связанных состояний ядра ht измерены методом ослабления Доплеровского сдвига в работах [5,8,10,12]. Спины и четности определялись как с помощью изучения угловых распределений гамма-квантов [7], так и с помощью Vv/В/1 анализа [13]. Для объяснения суще7.6 ствущей структуры связанных состояний ядра М привлекались оболочечная модель [9,13,14,15] ротационная модель [16] и модель Нильссона, учитывающая Коряолисово взаимодействие и остаточное взаимодействие [17]. Эти простые модели объяснили положение многих наблвдающихся уровней ядра А их спины, изоспины, четности, времена жизни. Стала более очевидной ротационная структура состояний ядра At Н а рис. 2 приведены известные к настоящему времени [16] ротационные полосы в At Изоспиновая структура уровней выяснена вплоть до 5 МэВ по энергии возбуждения [13]. Значительно меньше исследована резонансная область. Зто область от энергии связи протона (6,3 МэВ)до энергии связи нейтрона (11,3 МэВ). Основными реакциягли, которые применяются в исследованиях в этой области, являются реакции (р/ J C и i Р> р К началу наших исследований было известно 68 резонансных состояний [8] в области энергий возбуждения от 6,5 до 8,5 МэВ. Схемы распада резонансных состояний в области энергий ускоренных протонов с /э 1,7 МэВ определены в II работе [в]. При определении энергии гамма-квантов в этой работе учитывались поправки на потери отдачи и Доплеровский сдвиг. С ш ш резонансов в(/?,у ж р p}f реакциях определялись как из относительных измерений (относительно сил известных резонансов) [8], так и абсолютных измерений [1,2]. Силы резонансов определены в этих работах в области энергий ускоренных протонов с Ер 1,7 МэВ. Спины резонансных состояний определялись из анализа измеренных угловых распределений гамма-квантов [8,19]. К началу наших исследований были установлены значения спинов 7 резонансных состояний из 68, Такое положение, в отличие от соседних ядер sd-оболочкж, связано с тем, что спины связанных состояний ядра At (на которые происходит распад резонансных состояний) изменяются от 0" до 6 Поэтому в гамма-переходах с резонансных состояний могут встречаться не только диполъ-квадрупольные смеси, но и квадруполь-октупольные, а также смеси более высокого порядка. Это в свою очередь приводит к необходимости измерений угловых распределений гамма-квантов под большим числом углов, так как в угловом распределении может присутствовать коэффициент при Ре (cos б) в разложении по полиномам Лежандра. Коэффициенты смешивания по мультиполъностям гамма-переходов с резонансных состояний были известны только для двух резонансов о ?р 316 кэВ и 388 кэВ fl9j. Спины этих резонансов определены из совместного анализа многих гаммапереходов. Применение такого метода связано с тем, что в теоретическом выражении для углового распределения гаммаквантов кроме неизвестного коэффициента смешивания по мулътипольностям, присутствуют еще три неизвестных параметра РГ З Pi V* Звездный MQA ЦИКЛ PS >fc 27 28 /3 I I Si Pc Рис. 1.2. Ротационные полосы в ядре At заселенности (спин основного состояния ядра мишени 5/2"). Изоспин состояний при Ер 316 кэВ и 388 кэВ определен из сравнения экспериментальных вероятностей гамма-переходов различной мультипольности с л Т 0 и д Т 1 с известными правилами отбора для нечетно-нечетных ядер и рекомендованными верхними пределами для вероятностей гамма-переходов [20]. Таким образом, существующие экспериментальные данные не позволяют получить распределение вероятностей электромагнитных переходов различной мультипольности в резонансной области ядра At. Т.е. не позволяют идентифицировать Ж резонанс, который находится в доступной для изучения с помощью pti реакции области; получить сведения об изоспиновом расщеплении в ядре At (переходы типа аналог-антианалог) хорошо известном в соседних ядрах; обнаружить состояния типа поляризации остова, привлекающие к себе большое внимание в последнее время.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ТЕОРИИ РЕЗОНАНСНЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ И ТЕОРИИ ЗЛЖТРШАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 1,1. Ядерные реакции, вызываемые протонами низких энергий Отличительной особенностью ядерных реакций при малых энергиях является наличие хорошо выраженных резонансов в зависимости от энергии различных поперечных сечений. Эти резонансы отвечают определенным состояниям ядра, экспериментальное изучение которых позволяет получать сведения как о механизме ядерного взаимодействия, так и о конкретных свойствах атомных ядер, Такие хорошо выраженные резонансы наблвдаются с протонами, нейтронами, tC частицами в качестве бомбардирующих частиц. Для этой группы частиц энергия связи их в ядре значительно меньше, чем для дейтронов, тритонов и Не. Поэтому эти частицы наиболее часто используются для исследования резонансных ядерных реакций. Кроме того для многих ядер sd оболочки энергия связи протона значительно меньше энергий связи остальных частиц [21]. Поэтому в области энергий возбуждения 5-10 МэВ, радиационный захват и неупругое рассеяние протонов являются основными методами исследования возбужденных состояний этих ядер. Функции возбуждения i р и р pY реакций проявляют ярко выраженную резонансную структуру. Энергетическая зависимость сечения такой реакции вблизи изолированного резонанса описывается формулой Брейта-Вигнера[22]: у i C2.i; л},\(2Щ Гр Гр В этих формулах М VJWET (2.3) 1й- дебройлевская длина волны протона; BL энергия протона с массой в лабораторной системе отсчета; М масса ядра-мишени; Е энергия протона в системе центра масс; Вд наблвдаемая резонансная энергия (энергия, соответствующая максимуму поперечного сечения после введения поправки на толщину мишени); J и J спин резонансного состояния и спин ядра мишени соответственно; Г полная ширина наблвдаемого резонанса на половине высоты максимума, представляет собой сумму: Г"- Гр -Г 0 }f ные протонная и радиационная ширины соответственно. Наблвдаемая в эксперименте ширина резонанса Г зависит от полной ширины Г, энергетической неоднородности пучка А В р и толщины мишени следующим образом [2 2/: Л с UJyTJ кп (2.4) Если выполнено условие >Г >{йЕр у J (случай тонких мишеней), то функция возбуждения имеет вид резких, хорошо очерченных резонансов. Б противном случае кривая выхода реакции имеет вид ступенек (случай толстых мишеней). Истинная резонансная энергия равна разности между энергией, соответствующей максимальному выходу и половиной толщины мишени f22]. Энергия возбувденного состояния, соответствующего определенному резонансу, вычисляется из выражения: С/?Ь J где (2.5) О- энергия связи падающей частицы в составном ядре. Она эквивалентна энергии возбувдения над основным состоянием, которую имело бы ядро, если бы протон мог проникнуть в ядро при ?р 0. Точность в определении энергии возбуждения ?;с определяется, в основном, ошибкой в определении энергии протонов. 2.2. Вероятности электромагнитных переходов Свойства электромагнитного излучения хорошо известны. Поэтому электромагнитное излучение, сопровождающее распад возбужденных состояний атомных ядер, широко используется ДО1Я изучения структуры ядра. Возбуждение атомных ядер происходит в результате ядерных реахщий, альфа и бета-распадов. Если энергия возбуждения ядра больше энергии связи нуклона, то имеется конкуренция между вылетом нуклона и электромагнитным переходом, причем испускание гамма-кванта преобладает в том случае, когда испускание нуклона затруднено. Если энергия возбуждения ядра меньше энергии связи нуклона, то разрядка таких состояний происходит путем испускания гамма-квантов, электронов внутренней конверсии из оболочки атома или путем внутренней конверсии с образованием электрон-позитронных пар. Гамма-квант это частица с нулевой массой и спином, равным единице. Спин гамма-кванта ориентирован либо параллельно, либо антипараллельно импульсу (спиральность фотона h +1), и, следовательно, возможны только два состояния фотона с данным импульсом hc Состояние гамма-кванта Л его Состояний гамма-кванможно также определить, задавая угловой момент проекцию и волновое число тов с Д О не существует, поскольку для такого состояния проекция углового момента на любое направление должна быть равной нулю, а поэтому такое состояние должно соответствовать частицам со спиральностьго 0. Д и уи. где Для всякой совокупности величин Д существует два состояния гамма-кванта, каждое из которых можно характеризовать либо спиральностью ±1» либо четностью и X Кванты с заданными значениями Л либо магнитной УУД мув зависимости от четности этих чисел называют квантами либо электрической Д льтипольности, а именно: (2.6) Поскольку внутренняя четность гамма-кванта равна единице, о квантах типа /Д можно говорить как о квантах с орбитальным угловым моментом "эе Д а кванты типа В Л содержат составляющие с Д +1, отношение амплитуд которых равно С Л /С Л--О 18 В ядерных фотопроцессах длина волны гамма-кванта обычно велика по сравнению с радиусом ядра, т.е. 9-/ 6,1.10" А/2 ?уМэВ (Я 1 2 А/ Ферми), и поэтому в длинноволновом приближении г у мультиполные моменты, связанные с квантами электрической и магнитной мультипольностей, принимают особенно простой вид. Так как амплитуда перехода при испускании (или поглощении) кванта данной мультипольности пропорциональна матричному элементу оператора мультипольного момента, то полная вероятность распада, просуммированная по магнитным подсостояниям гамма-кванта и конечного состояния ядра, выражается в длинноволновом приближении в виде f24j T(EWX;I,-U)---0JJ/JT где приведенная вероятность перехода f"B(?(M»). 27 В(Е(ми) Ь 2Ii4 \i) ^^ в интервале энергий ускоренных протонов Ер = 1,7-2,0 МэВ и впервые определены силы II резонансов, расположенных в этой области.3. Измерены гамма-спектры из реакции п ^ (р, ^J д? .Впервые предложены схемы распада резонансных состояний ЯЦра АС при Ер = 1342, 1354, 1744, 1748, 1766, 1774, 1776, I8I3, 1830, 1835, I90I кэВ.
4. Измерены угловые распределения гамма-квантов из реакции ^j(pf^) ^^ при энергиях ускоренных протонов Ер =953, 1376, 1588, I65I, I70I, I7I6 кэВ. На основе анализа угловых распределений определены спины 6 резонанс 26 л „ ных состоянийи 6 связанных состояний ядра /|с с энергиями 3673, 4205, 4773, 5I3I, 5245, 5514 кэВ, Определены также коэффициенты смешивания по мультипольностям гамма-лучей, образующихся при распаде резонансных состояний. Из анализа полученных экспериментальных данных определены вероятности электромагнитных переходов с резонансных состояний. 5. Проведен анализ плотности уровней ядра At в ре зонансной области с приьтенением статистической теории. Отме чается, что совпадение теоретических результатов с экспери ментальными данными можно получить только в том случае, ес ли учитывать зависимость плотности дцерных уровней от спина.Сделан вывод о том, что в рассмотренной области энергий возбуждения преобладавэт одночастичные степени свободы.6. Анализ схем распада и приведенных вероятностей ди польных гамма-переходов позволил установить изоспиновуго структуру резонансных состояний в области энергий возбужде ния 6,6-8,1 МэВ. Впервые идентифицировано 18 изобараналого вых состояний.7. Рассмотрен гамма-распад резонансо-подобной структу ры в реакции ^QCF^K) ^^ • Резонансы при Ер = I7I6, I65I, 1588 кэВ идентифицированы как состояния М1-резонанса.Получено распределение приведенных вероятностей гамма-пере ходов в основное состояние ядра Ак. с резонансных сос тояний в области энергий возбуждения 6,7-8,1 МэВ, Резонанс при Вр = I70I кэВ идентифицирован как dy^ - аналог. Оп ределен из энергии изоспинового расщепления параметр изо спинового взаимодействия Vf . Отмечается зависимость па раметра Vi от структуры антианалогового состояния. Из ана лиза распада резонансного состояния при Вр = 1376 кэВ идентифицированы состояния типа поляризации остова с основ ной конфигурацией [ds/^CSi/z S^/z)if] .8. Полученное энергетическое положение Ж-резонанса В ядре At сравнивается с положением М1-резонанса в ядрах А/а и г , а также с положением в четно-четных
ядрах sd - оболочки. Сделан вывод о том, что основной механизм, ответственный за положение М1-резонанса в нечетно нечетных ядрах sd - оболочки, есть спин-орбитальное рас щепление d - состояния { d 2/г ^ d ^/2 ). Отличие в по ложении М1-резонанса для четно-четных и нечетно-нечетных ядер объясняется влиянием сил спаривания.9. Разработаны метод и программа для анализа угловых распределений гамма-квантов.Результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в работах [91-99].В заключение выражаю глубокую благодарность научному руководителю доктору физико-математических наук Е.Г.Копанцу за постоянную помощь на всех этапах выполнения работы; млад шему научнорлу сотруднику Л.П.Корде за помощь при измерениях; лаборанту И.П.Колодяжному за подготовку электронной аппара туры к работе и помощь в проведении измерений; Т.С.Назаровой за изготовление тонких напыленных мишеней; всему коллективу электростатического ускорителя за хорошую работу генератора; сотрудникам обслуживающим измерительный центр за помощь при подготовке электронной аппаратуры к работе.
