Введение к работе
з І.
Изомерное отношение - отношение сечений образования ядра в изомерном и основном состояниях - является основной величиной, характеризующей выход изомеров в реакциях с заряженными частицами и нейтронами. Изомерное состояние является метастабильным, так как его время жизни заметно отличается от времени жизни обычного возбужденного состояния. Существует три типа изомеров:
1. Обычные изомеры, у которых момент количества движения ме-
тастабильного состояния отличается от моментов всех нижележащих
состояний на 3 и более единиц Й.
К-изомеры - изомеры, у которых все нижележащие уровни со спинами, близкими к спину изомерного состояния, отличаются от него величиной К-проекции спина на ось симметрии ядра, приводящей к К-запрету.
Изомеры формы или делящиеся изомеры в тяжелых ядрах - это изомеры, у которых изомерное состояние ядра отличается от нижележащих состояний по форме.
Анализ выходов изомеров в настоящей работе проведен для изомеров, относящихся к первому типу. Такие изомеры наблюдаются в средних и тяжелых ядрах и в большинстве случаев концентрируются в "островах изомерии".
Реакции с а-частицами для изучения изомерных отношений выделяются тем, что в определенном интервале энергий ct-частица вносит в ядро наибольший орбитальный момент при наименьшей энергии, что способствует образованию высокоспиновых изомерных состояний по сравнению с другими частицами при одной и той же энергии возбуждения
составного ядра.
Проведены расчеты изомерных отношений в рамках статистической теории ядерных реакций по методу Ванденбоша-Хьюзенги в модели Хаузера-Фешбаха и экситонной модели Гриффина для ряда (ст)-реакций. Расчеты проводились на базе экспериментальных данных, полученных в НИИЯФ МГУ, и включали в себя 3 стадии ядерной реакций с образованием изомеров: 1) слияние а-частицы и ядра-мишени с образованием составного ядра; 2) испарение нейтрона, предравновесного или статистического; 3) разрядка 7-каскадом остаточного ядра в конкуренции с испарением частиц (n,p,a,d).
Модель Хаузера-Фешбаха хорошо зарекомендовала себя в расчетах спектров вторичных частиц с учетом конкуренции излучения 7-квантов и деления в области энергий налетающих частиц до 20 МэВ. В области более высоких энергий для описания высокоэнергетичной компоненты спектра частиц необходимо привлечение экситонной модели. Объединение моделей позволяет расширить круг анализируемых экспериментальных данных и исследовать более широкую область энергий возбуждения.
При построении единого подхода экситонной модели и модели Хаузера-Фешбаха обычно делается ряд предположений относительно механиз-мов протекания ядерных реакций, которые требуют специального рассмотрения. Среди них - предположение о независимости развития пред-равновесных процессов от испарительных, которое приводит к аддитивному сложению сечений этих процессов. Величины сечений определяются относительным вкладом каждого из процессов в сечение взаимодействия. При этом относительные вклады зависят от момента установления термодинамического равновесия, который в свою очередь
зависит от выбора критерия установления равновесия.
Приближение, к которому мы вынуждены прибегать при объединении моделей Хаузера-Фешбаха и экситонной, обусловлено проблемами учета в экситонной модели углового момента, уносимого предравиовес-ными частицами. В соответствии с этим приближением предравио-весные процессы слабо влияют па распределение ядер по моментам на равновесной стадии. Для изучения этой характеристики используются экспериментальные данные по изомерным отношениям, которые являются чувствительными к распределениям по моментам. Предполагается, что анализ экспериментальных данных по изомерным отношениям, в принципе, может дать информацию и о моменте, уносимом предрав-новесными частицами.
Объединение моделей Хаузера-Фешбаха и экситонной в единый подход проводится на основе использования единого набора параметров -параметров плотности уровней возбужденных ядер и коэффициентов проницаемости, через которые выражается сечение реакции. В этих моделях для описания плотности уровней привлекается статистический подход. Вычисления плотности уровней в экситонной модели проводится с использованием статистики Бозе (модель квазичастиц), а в модели Хаузера-Фешбаха - статистики Ферми (модель ферми-газа). При этом в обоих случаях предполагается, что плотности уровней с разной четностью равны и имеют одинаковые зависимости от момента.
Актуальность исследовапий обусловлена тем, что методы теоретической обработки экспериментов существенно устарели и развитие методов расчета изомерных отношений базе формализма Хаузера-Фешбаха с учетом предравновесной эмиссии частиц в экситонной модели Гриф-фина представляется важным. Актуальность исследований изомерных
отношений связана также с недостатком экспериментальных данных по абсолютным и относительным сечениям возбуждения изомеров, а также с неоднозначностью теоретической интерпретации результатов, что обусловлено недостатком наших знаний о параметрах плотности уровней ядра и соотношении различных механизмов ядерных реакций.
Много нерешенных вопросов остается и при описании механизмов ядерных реакций, особенно при энергии налетающих частиц десятки и сотни мегаэлектронвольт, когда становится заметным вклад неравновесных процессов. Поэтому актуальным является теоретическое описание сечений ядерных реакций под действием различных налетающих частиц в широком диапазоне энергий.
Целью работы являлась интерпретация экспериментальных значений изомерных отношений в интервале энергии а-частиц 10-30 МэВ в рамках статистической теории ядерных реакций с использованием плотности уровней в модели ферми-газа и модели квази-частиц.
В связи с этим предполагалось:
Провести расчеты изомерных отношений для ряда изомерных пар ядер, образующихся в реакциях с а-частицами, ускоренными на циклотроне НИИЯФ МГУ.
Исследовать чувствительность изомерных отношений к параметрам разных моделей, используемых в расчетах.
Изучить связь распределения составного ядра по угловому моменту с величиной изомерных отношений на основе анализа экспериментальных данных по изомерным отношениям в cm-реакциях.
В рамках микроскопического подхода провести расчеты среднеквадратичных радиусов ядер с целью определения параметров, харак-
теризующих сечения исследуемых реакций (оптический потенциал, момент инерции ядра.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Продемонстрирована возможность интерпретации экспериментальных значений изомерных отношений исследуемых в диссертации cm-реакций на базе формализма Хаузера-Фешбаха с учетом пред-равновесной эмиссии частиц в экситонной модели Гриффина в интервале энергий о-частиц 10-30 МэВ. Применяемый в настоящей работе метод перенормировки сечения взаимодействия на стадии предравновесной эмиссия частиц позволил улучшить описание изомерных отношений в высокоэнергетичной части спектра.
Впервые показана возможность использования среднеквадратичного радиуса ядра с целью определения параметров, характеризующих сечения исследуемых реакций.
7 из 9 изомерных па.р, образующихся в «re-реакциях были исследованы впервые. Расчитанные изомерные отношения хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Научная и практическая ценность работы заключается в следующем: Исследование изомерных отношений дает важную информацию о свойствах состояний ядер, в том числе плотности энергетических уровней, о структуре низколежащих энергетических уровней и механизмах ядерных реакций.
Исследование явления ядерной изомерии послужило одним из обоснований оболочечнои и обобщенной моделей ядра, внесло заметный вклад в теорию мультипольного ^-излучения. Изучение свойств ядер-
изомеров играет важную роль в активационном анализе. Экспериментальные данные по изомерным отношениям представляют ценность для физики радиационной защиты, производства радионуклидов, применяемых в народном хозяйстве, астрофизике. Данные о параметрах плотности уровней могут быть использованы в расчетах, необходимых для развития атомной энергетики.
Большое различие в угловых моментах основного и изомерного состояний особенно ценно при исследовании распределения углового момента между участвующими в реакции частицами.
Изучение изомерных отношений, проводимое в данной работе, является важным для исследования роли изоспина в реакциях образования изомеров, протекающих через составное ядро.
В связи с вышесказанным представляется особенно важной правильная интерпретация экспериментальных значений изомерных отношений.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается использованием известных проверенных моделей и приближений статистической теории ядерных реакций, а также хорошо разработанных методов математической физики при построении и разработке программ.
Обоснованность выводов и результатов следует из сравнения с экспериментальными данными и результатами расчетов других авторов. Численные расчеты подтверждают разумность используемых приближений.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на 30, 40, 42, 43, 44, 45 Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, на Всесоюзной конференции по теории малонуклонных систем с сильным взаимодействием (Ленинград,
1983 г.), на 2-ой Международной конференции но экзотическим ядрам и атомным массам (ENAM, Мичиган, США, 1998 г.). Основные положения, выносимые на защиту:
Развит метод расчета изомерных отношений на базе формализма Хаузера-Фешбаха с учетом предравновесной эмиссии частиц в эк-ситонной модели Гриффина. Это позволило расширить энергетический диапазон описания экспериментальных данных до энергии 30-40 МэВ. Рассчитанные изомерные отношения для 9 изомерных пар хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Исследована чувствительность найденных изомерных отношений к параметрам моделей, используемых в расчетах. Показано, что на стадии испарения нейтрона с последующей разрядкой 7-каскадом остаточного ядра изомерные отношения наиболее чувствительны к изменению параметра спинового обрезания или связанного с ним эффективного момента инерции ядра Тэф, а вариация других параметров плотности уровней не приводит к значительному изменению результатов. Проведена оценка влияния на изомерные отношения параметров глобального оптического потенциала, используемого в расчетах трансмиссии частицы во внешнюю область.
Выяснено, что в процессе предравповесной эмиссии частиц определяющую роль в оценке величины изомерных отношений играет распределение составного ядра по моментам. Получено распределение составного ядра по моментам. Установлена связь распределения составного ядра по моментам с величиной изомерного отношения при учете предравновесной эмиссии частиц.
4. Схемы определения параметров (оптический потенциал, момент инерции), характеризующих сечения исследуемых реакций, развиты с привлечением микроскопического подхода - метода гиперсферических функций, который позволяет оценивать плотности нестабильных состояний ядер и изомеров, где отсутствуют экспериментальные данные, а также переходные плотности. В рамках микроскопического подхода проведены расчеты плотности рапсределения нуклонов для ряда ядер в численном виде. С целью использования полученных плотностей для многих приложений предложена аналитическая аппроксимация с тщательной проверкой по величине среднеквадратичного радиуса.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации, включая 16 рисунков и 13 таблиц, составляет 120 страниц.
