Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І. АЛЬФА-РАСПАД КАК ИНСТРУМЕНТ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ АТОМНОГО ЯДРА 8
І.І. Использование с радиоактивности для определения свойств атомных ядер 9
1.1.1. Объемные свойства атомных ядер 9
1.1.2. Поверхностные свойства атомных ядер II
1.1.3. Альфа-распад и фундаментальные взаимодействия, нарушение закона сохранения пространственной четности в ядерных взаимодействиях 13
1.2. Альфа-распад и родственные ему явления 14
1.2.1. Альфа-распад и деление ядер 14
1.2.2. Вылет & -частиц из ядер, возбужденных
при помощи быстрых нуклонов 15
1.2.3. Эмиссия (У -частиц из ядер, возбужденных
при помощи міоонов, пионов и тяжелых ионов.. 16 1.3. Альфа-распад и физика нейтронных резонансов.. 18
ГЛАВА II. МЕТОДИКА. ИЗМЕРЕНИЙ ШИРИН НЕЙТРОННЫХ РЕЗОНАНСОВ 30
1. Схема эксперимента. Импульсный реактор ИБР-30 ШФ ОИЯИ и ЛУЭ "Факел" ИАЭ им. И.В.Курчатова 31
2. Конструкция и характеристики детектора для измерения реакции (/?, 0 на сферических и
деформированных стабильных изотопах 39
З. Методика измерения реакции (/?,<* ) на радио активных ядрах 50
.1. Альфа-спектрометр на основе кремниевогоповерхностно-барьерного детектора 51
2. Малая двухсекционная ионизационная камера.. 55
.4. Методика получения и изготовления нейтронодефицитных изотопов 58
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ 61
.І. Измерения полных альфа-ширин 64
І. Исследование реакции (n,ot ) на ядрах цинка-67, неодима-143 и самария-147 с высоким разрешением по энергии нейтронов на ЛУЭ "Факел" 65
2. Исследование реакции (я, <) на деформированных ядрах иттербия-171, гафния-177, европия-151 на импульсном реакторе ИБР-30 72
2. Измерения парциальных альфа-ширин и спиновая идентификация компаунд-состояний
цинка-68 76
З. Усредненные по резонансам сечения реакций
4. Поиски реакции (г?,* ) на радиоактивных ядрах 85
ГЛАВА ІV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 90
1. Определение усредненных параметров компаунд-состояний
.2. Оценка сечения реакции в тепловой точке 98
.З. Поиски нестатистических эффектов в поведении -ширин 101
.4. Результаты исследования реакции (л,ы )
на радиоактивных изотопах и перспективы
их изучения 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112
ЛИТЕРАТУРА 115
- Использование с радиоактивности для определения свойств атомных ядер
- Схема эксперимента. Импульсный реактор ИБР-30 ШФ ОИЯИ и ЛУЭ "Факел" ИАЭ им. И.В.Курчатова
- Измерения полных альфа-ширин
- Определение усредненных параметров компаунд-состояний
Использование с радиоактивности для определения свойств атомных ядер
Первое правильное объяснение альфа-распада было дано в 1928 г. Гамовым , Кондоном и Герни /10/, когда, используя аппарат квантовой механики, удалось показать, что о -распад есть, в сущности, процесс проншшовения частицы через кулоновский барьер. Постоянная распада для ы -частиц, проникающих через кулоновокий барьер сферического ядра, дается приближенной формулой Из формулы (I.I) видно, что постоянная распада сильно зависит от радиуса ядра, поскольку радиус Я входит не только в предэкспоненциальный множитель, но и в показатель как предел интегрирования. Поэтому по измеренным экспериментально значениям и д из данных по -распаду можно определять радиусы ядер.
Численные оценки R производились многими авторами, причем использованные ими теоретические выражения сильно различаются по степени обоснованности и точности, а экспериментальные данные с годами были уточнены и дополнены. Более полные вычисления принадлежат Перлману и Ипсилантису 12/, Каплану и Азаро /14/
Интересную информацию о форме ядер и их энергетических спектрах дает исследование -распада деформированных ядер. Вероятность ot -распада характеризуется приведенной шириной &ы , которая не зависит от энергии -перехода. Зависимость приведенной -ширины от массового числа для ядер с А = 174+200 представлена на рис.1.
Схема эксперимента. Импульсный реактор ИБР-30 ШФ ОИЯИ и ЛУЭ "Факел" ИАЭ им. И.В.Курчатова
Проведение исследований реакции (г , ) на резонансных нейтронах обладает рядом особенностей, обусловленных малостью сечений реакции (/? « ), большим фоном от конкурирующей (nt f ) реакции Ъ(п, )/6(п,$) 10 5 10 (для исследуемого круга ядер) и мощными импульсными полями гамма-квантов и нейтронов источника., а также малостью потока резонансных нейтронов, которые приводят к большим методическим трудностям. Кроме того, надо учитывать малый пробег -частиц в веществе мишени. Поэтому нейтронный спектрометр должен обладать большой светосилой и возможностью облучать мишени большой площади. Детектор для регистрации -частиц должен удовлетворять следующим требованиям:
а) высокая эффективность регистрации -частиц из реакции
б) низкая эффективность регистрации /-квантов из реакции (г?, г);
в) низкий собственный фон;
г) большая площадь мишеней;
д) стабильность параметров детектора в течение нескольких сот часов измерений в мощных /- и нейтронных полях;
е) хорошее быстродействие - способность быстро восстанавливать свои характеристики после перегрузок в момент импульса мощности источника нейтронов.
Переход к исследованиям в новой области нейтронной спектроскопии - изучению (г7, ) реакции на резонансных нейтронах в ЛНФ ОИЯИ стал возможным лишь после создания современного светосильного спектрометра нейтронов - импульсного реактора ИЕР-30 в сочетании с оригинальными детекторами -частиц.
В результате многолетней методической работы в секторе "Редких реакций" ЛНФ ОИЯИ был создан набор детекторов и спектрометров, удовлетворяющих в той или другой степени упомянутым выше требованиям. Это - газовый спинтилляционный детектор , многослойная ионизационная камера с центральным коллектором , многосекционная пропорциональная камера двухсекционная ионизационная камера с сеткой % цилиндрическая ионизационная камера с сеткой / .
Основные характеристики перечисленных детекторов приведены в таблице I.
Описанные выше обстоятельства позволили в 1965 г. получить первые результаты по измерению полных -ширин для резонансов а в 1967 г. - впервые измерить спектры -частиц для нейтронных резонансов Вт / т Как было отмечено выше, к настоящему времени реакция (r?, x ) с резонансных нейтронов исследована для 20 изотопов
Измерения полных альфа-ширин
В этой главе представлены результаты измерений полных и парциальных « -ширин, усредненные по резонансам сечения реак ций Sm(n, ) Nd и 2n(n, ) № , проводившихся на пучках нейтронов импульсного реактора ИБР-30 и ЛУЭ установки "Факел", а также первые поиски ( / ) реакции на радиоактивных ядрах. С помощью пропорциональной камеры и вышеописанной методики на разных пролетных базах и использовании различной геометрии (см. рис.8) регистрировался выход -частиц и определялись полные ы-ширины нейтронных резонансов. Дальше приведены также результаты двумерных измерений в отдельных резонансах 2п , где фиксировалось время пролета и спектр регистрируемых -частиц для каждого временного канала.
Подбор атомных ядер для изучения реакции (тг ) на резонансных нейтронах сделан на основе их специфических физических свойств при взаимодействии с медленными нейтронами, а также наилучшей реализации намеченной программы исследования. В частности:
1. Ядра п , ш, ё т имеют максимальный выход реакции (77, ы ) и это дает возможность проводить измерения на относительно слабых потоках нейтронов с высоким энергетическим разрешением. Кроме того, как было показано во второй главе, благоприятные характеристики этих ядер позволяют сопоставить разные методики измерения в неодинаковых фоновых условиях (ИБР-30 и ЛУЭ "Факел").
2. Отмеченные ранее отклонения в поведении полных ( Srr ) и парциальных ( 2л ) ы. -ширин от статистической теории стиму - 62 лируют проведение дополнительных, более прецизионных измерений на этих ядрах.
3. В ранних исследованиях на деформированных ядрах было отмечено значительное расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями средних полных ы -ширин. Поиски причины этого расхождения являются интересной физической проблемой. Усовершенствованная методика измерений позволяет уточнить средние характеристики (",« ) реакции для этих ядер и, возможно, обеспечить решение этой проблемы.
4. Радиоактивные ядра 2г? и ьт отличаются большой проницаемостью кулоновского барьера для с -частиц и благо-пррштным периодом полураспада (Tj/2 & 100 дней).
В таблице 6 приводятся некоторые характеристики исследуемых ядер. Эти данные показывают существенное различие между сферическими и деформированными ядрами, которые являются объектом наших исследований. В случае сферических дочерних ядер расстояние между основным состоянием и первым возбужденным состоянием л Є & I МэВ, что приводит к тому, что вероятность -распада в возбужденное состояние дочернего ядра значительно меньше, чем в основное. Это обуславливает распределения -ширин, которые характерны для одноканального процесса.
Определение усредненных параметров компаунд-состояний
Представляет интерес сравнить результаты исследования реакции (/7,о() на тепловых и резонансных нейтронах с помощью одно-уровнего приближения. Это является косвенным способом проверки этих результатов. Как известно, прямой результат исследования на тепловых нейтронах - это определение теплового сечения этой реакции. С другой стороны, мы имеем возможность сделать оценки этого сечения, учитывая вклад от любого измеренного резонанса в тепловую точку. Для этой цели используется фортлула Брейта-Виг-нера
Имея в виду эту табоипу, можно отметить следующее: I. Zп - ожидаемое из резонансных параметров сечение для «/-переходов в основное состояние существенно противоречит экс-периментальнои оценке 5рез (п,о(). Анализ этого противоречия под - 100 робно сделан в следущем параграфе различие в б можно объяснить вкладом отрицательного уровня в тепловое сечение с энергией
В этом случае для ы-ширины отрицательного уровня получается / = 10,4 10"" эВ при среднем эксперимента льном значении для вклад резонансов с положительной энергией пре небрежимо мал, и тепловая точка полностью определяется уровнем здесь как и в случае In наблюдается противоречие для с -перехода в основное состояние. Одним из возможных объяснений такого расхождения результатов может служить ошибка в определении абсолютных величин сечений (либо завышены зна-чения / для резонансов, либо занижено о (п,ы) для тепловой области) . G целью проверки этого утверждения нами были проведены новые измерения полных с -ширин. В результате для полной -ширины резонанса Nd с Е0 = 4,35 эВ получено значение / = =(0,45+0,07) мкэВ /118/, согласующееся с ранее измеренной величиной - (0,44+0,08) мкэВ /102/ в случае о(0 -перехода результаты согласуются, а для перехода tf основной вклад в тепловое сечение дает отри-цательный уровень с Е0 = -2 эВ ( У = 4"). Из эр з (tr,«)-G (г?, ) для -ширины этого уровня получается / = (1,75+0,4) »10"" эВ. Эта величина очень близка к средней экспериментальной величине (см. табл.14).
