Введение к работе
-
Актуальность проблемы
Начиная примерно с 70-х годов одной из актуальных проблем ядерной физики средних энергий стало изучение ядерной динамики в рамках модели обменных мезонных токов и дальнодействующих сил, систематическое изучение свойств адрона в ядерной среде. Для решения этой задачи очень подходящим инструментом оказались пучки фотонов (реальных или виртуальных), которые с точки зрения ядерных или нуклонных взаимодействий являются точечными частицами. При этом фотоны свободно проникают в ядро, взаимодействуя в зависимости от длины волны либо с отдельными нуклонами, либо коррелированными парами нуклонов и т.д. Одним из способов исследования такого рода эффектов стало изучение . полных сечений фотопоглощения ядер.
Работы по определению полных сечений фотопоглощения- ядер
различными методами в области средних энергий активно
развивались в последние годы. Для тяжелых ядер один из основных
методов, основанный на измерении сечений фотоделения
ядер-актинидов, у которых делимость близка к единице, был реализован в лаборатории фотоядерных реакций по предложению Л.Е.Лазаревой в 1973 году. Почти в это же время аналогичные исследования начались на Западе.
Наряду с изучением полных сечений в последние годы активно проводились работы по исследованию продуктов распада ядер, в том числе фотоделения ядер. К ним относится определение нейтронных и делительных ширин, измерение вероятности деления ядер в области коллективных возбуждений (гигантского дипольного резонанса), а также при более высоких энергиях, когда делению предшествует испускание быстрых каскадных частиц.
Работы, составляющие основу диссертации, были выполнены в разные годы (1973 - 1990), поэтому, естественно, их актуальность менялась со временем. Так, в семидесятых годах активно изучалась природа изомерных состояний делящихся ядер. Эксперименты с пучками электронов и фотонов, вносящих в ядро минимальный угловой момент по сравнению с другими частицами, подтвердили гипотезу об изомерии формы трансурановых ядер.
Начало 80-х годов было отмечено усиливающимся интересом к
корреляционным (совпадательным) . .экспериментам, позволяющим
полнее и однозначнее 'Дописать .механизмы изучаемых процессов. При
этом выявились две тенденции в развитии экспериментальных
методов: во-первых, использование выведенных, непрерывных во
времени электронных^ пучков и, во-вторых, - э л ектр о иных
накопителей. Первый путь традиционно развивался активнее на
Западе, второй был предложен и получил развитие в
Новосибирске.
Эксперименты на пучке т-квантов, получаемых методом
обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на
электронах накопителя, а также тормозных меченых фотонов, были
начаты автором с ' сотрудниками практически одновременно с
аналогичными исследованиями на Западе. При этом установки,
созданные в Новосибирске на базе накопителя ВЭПП-4, а затем
ВЭПП-3 под руководством Г.Я.Кезерашвили, практически не уступали
по своим параметрам зарубежным. Разработка методик фотоядерных
экспериментов на накопителях с использованием меченых фотонов
открывает благоприятные перспективы для исследований
электромагнитных взаимодействий ядер средних энергий.
В настоящее время такие исследования начинают развиваться
на базе накопителя электронов Сибирь-2 с энергией электронов 2,5
ГэВ, который строится в Институте атомной энергии
им.И.В.Курчатова. Совместная работа предусматривает широкую программу корреляционных и поляризационных исследований на ядрах с использованием пучков квазимонохроматических поляризованных фотонов.
Аналогичные программы, появившиеся недавно на Западе, например, по фотоделению ядер на накопительном кольце АДОНЕ во Фраскати (работы на пучке начаты в 1992 году), фоторасщеплению легких ядер на установке LEGS в Брукхэвене (начало работ на пучке в 1986 году), фоторождение странных частиц на накопителе ESRF в Гренобле (проект CRAAL) подтверждают перспективность использования электронных накопителей в ядерной физике средних энергий. Этим самым, актуальность работ, включенных в диссертацию, можно считать проверенной временем и подтвержденной ходом исследований по ядерной физике средних энергий.
Цель настоящей работы заключалась в исследовании процесса мгновенного и запаздывающего деления ядер-актинидов фотонами и электронами средних энергий, получении информации о полных сечениях фотопоглощения ядер, изучении механизмов поглощения реальных и виртуальных фотонов в ядрах в области промежуточных энергий, получении данных об основных параметрах делящихся ядер.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Впервые выполнен цикл работ по изучению фотоделения
трансурановых ядер в области промежуточных энергий. Разработаны
методики измерений сечений мгновенного и запаздызающего деления
ядер под действием электронов и фотонов средних энергий на
электронных линейных ускорителях, а также методики
совпадательных экспериментов на пучках ^-квантов от электронных накопителей.
Впервые на тормозном пучке с максимальной энергией до 1,4
ГэВ измерены выходы фотоделения ядер Np, Pu, Am, Am и
определены их средние делимости в области промежуточных энергий
по отношению к делимости ядра U. На пучке меченых фотонов с
энергией 60 - 240 МэВ измерены сечения фотоделения ядер U и
Np (для последнего ядра впервые). Обнаруженное
экспериментально различие в делимостях трансурановых ядер и
U, которое составило в указанной области энергий в среднем
около 307., получило объяснение в рамках каскадно-испарительной
модели (расчеты .. проводились А.С.Ильиновым с сотрудниками).
Показано, что испускание быстрых каскадных частиц,
предшествующих делению ядер на осколки, существенно влияет на
238 е
делимость ядра U, находящегося на границе области
ядер-актинидов.
Полученные результаты по сечениям фотоделения ядер согласуются с предположением о преимущественном вкладе двух механизмов фотопоглощения ядер при средних энергиях, а именно: квазидейтронном и (при энергии выше порога рождения пионов) фотождении пионов на внутриядерных нуклонах с последующим возбуждением ядра зв счет внутриядерного каскада. Вместе с тем из данных по абсолютным сечениям следует, что учет только двух указанных механизмов не является достаточным или требует более
детального описания каждого из них. Установлено, что кроме каскадного механизма возбуждения ядер, приводящего к их делению на осколки фотонами средних энергий, возможен процесс с малой передачей энергии и импульса, вероятность которого растет с ростом энергии фотонов и при Е = 240 МэВ достигает 10±2 7. по отношению к полному сечению фотоделения для указанных ядер.
Впервые измерены вероятности симметричного и асимметричного деления ядер урана на пучке меченых фотонов с энергией 60 - 240 МэВ, а также измерены вероятности вылета легких заряженных частиц в совпадении с осколками деления ядер, которые подтверждают основную роль каскадного механизма в фотопоглощении тяжелых ядер.
Измерены сечения деления ядер-актинидов
232т. 233,235.236.238., 237.. 239„ 243. ,
Th, U, Np, Pu, Am, (для трансурановых
ядер впервые) под действием электронов средних энергий, а также
отношения сечений фото- и электроделения указанных ядер в
широкой области энергий. Установлено, что эти отношения в
пределах точности -10% согласуются с расчетами, выполнеными в
рамках метода виртуальных фотонов - в борновском приближении
искаженных волн. Показано, что основной вклад в электроделение
ядер-актинидов вносит Е1 - гигантский резонанс, вероятность
которого в полном инклюзивном сечении электроделения
трансурановых ядер составляет (64i6)Z, а для U -(51±5)% при
Е = 500 МэВ. е
Показано, что средние относительные делимости
ядер-актинидов одинаковы при возбуждении ядер реальными и виртуальными фотонами промежуточных энергий.
Экспериментально исследовано образование спонтанно
делящихся изомеров m Am и m Am в широком диапазоне энергий под действии электронов и фотонов. Показано, что изомерные отношения для указанных ядер при минимальном вносимом в ядро угловом моменте совпадают с изомерными отношениями, полученными в других реакциях, что подтвердило гипотезу об изомерии формы ядер-изомеров. Установлено, что при энергиях фотонов от порога образования изомеров до - 20 МэВ в сечениях возбуждения изомеров отчетливо проявляется гигантский дипольный резонанс, ширина которого оказалась на ~ 3 МэВ меньше, чем в полных сечениях
фотопоглощения. Эти данные позволили сделать вывод о статистическом механизме образования изомеров в реакциях под действием фотонов.
.. , 242mr. 240mf.
Измерены сечения возбуждения изомеров Am и Am под
действием электронов в Широком диапазоне энергий, а также отношения сечений фото- и электровозбуждения этих ядер. На основе анализа, проведенного в рамках метода виртуальных фотонов, показано, что основной вклад в возбуждение сильно деформированных состояний ядер-изомеров вносит Е1- гигантский резонанс ((92±8)7. для 242 Am). Вклад квадрупольной компоненты так же как и в случае мгновенного деления не превышает 107.. При средних энергиях фотонов вклад квазидейтронного механизма и фоторождения пионов, в возбуждение изомеров существенно (более чем в 10 раз) ниже, чем при мгновенном делении ядер.
Из экспериментальных данных по фотоделению ядер при низких энергиях определены относительные нейтронные и делительные ширины ядер-актинидов. Полученные результаты существенно дополняют данные, полученные в других ядерных реакциях, и имеют значение как с . точки зрения изучения сложной структуры барьера деления, так в качестве справочного материала при расчете различных ядерных процессов.
Аппробация полученных результатов и публикации
Основные научные результаты, изложенные в настоящей
диссертации, докладывались и представлялись на 3-ей Школе по
физ.ат.ядра (Болгария. Варна, 1977), 19 Сов. по яд.спектр.
(Рига1978), Межд.конф.по ядерн.физ. (США. Беркли, 1980),
(Франция, Версаль, 1982), 3-ей Школе по
фотоядерн.реакц.(Обнинск, 1982), Сессии ОЯФ АН СССР по ядерн.физ.(1983), Межд. Школах по физике пром. энергий (Италия. Сан-Миниато, 1983, Венеция, 1988), Всес. сов. по фотоядерным данным (Москва, 1984), Конф. по делению ядер (ГДР, Дрезден, 1988), Межд.конф. по делению ядер (Ленинград, 1989), Всес. Школе по ядерн.физ. (Киев, 1990), на Межд.конф. по ядерн. физ.(Новосибирск, 1990), на 7,8 Межд. Семинарах по электром. взаим.ядер при низких и средних энергиях (Москва, 1988, 1991), на научных семинарах ИЯИ РАН, ИЯФ СОАН СССР. ОИЯИ, Института
атомной анергии им.И.В. Курчатова, Харьковского физико
технического Института, лаборатории Бэйтса Массачусетского
технологического Института (США), Центра ядерных исследований
Сакле (Франция), Института Лауэ-Ланжевена (Франция), Техасского
университета (США), университетах Гессена, Бонна, Мюнхена (ФРГ),
и др. По результатам работ опубликованы 2 обзора в ЭЧАЯ
(совместно с Ю.Н.Ранкжом и С.М.Поликановым) и монография
(совместно с Ю.Н.Ранюком). Получено одно авторское
свидетельство. Список работ, в которых содержатся основные результаты, приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
