Исследование структуры возбужденных состояний 221 Fr, 213 Po и 209 Pb Кудря Светлана Александровна

Содержание к диссертации

Введение 4

1. Спектрометрическая установка 11

1. Спектрометрическая установка 11

2. Описание спектрометрической установки и

режимов работы 13

3. Устройство транспортировки мишеней 13

4. Детекторы излучений 14

5. Источники 15

6. Спектрометрическая и временная электроника 16

7. Система управления экспериментом и накопления данных 17

2. Альфа-распад ²²⁵Ac->²²¹Fr 21

8. Условия экспериментов 22

9. Экспериментальные результаты 23

2.2.1 Спектр гамма-лучей Ас 23

?? 1

2.2.2 Схема уровней Fr 29

991 99 S

3. Заселение уровней Fr альфа-распадом Ас 40

4. Полные интенсивности и мультипольности гамма-переходов 43

5. Спектр электронов внутренней конверсии

в области 5.5-24 кэВ 46

6. Обсуждение экспериментальных результатов 48

7. Сравнение с расчетами 50

3. О схеме распада ²²¹Rn->^22,Fr 55

4. Новые ветви альфа-распада ²²¹Fr—>²¹⁷At 61

5. Исследование структуры возбужденных состояний

²¹³Ро и ²⁰⁹РЬ при распаде ²¹³ВІ и ²⁰⁹Т1 66

5.1 Экспериментальные результаты 68

1. Спектры гамма-лучей Вій ТІ 68

2. Исследование (у-у)-совпадений. Схемы уровней ²¹³Ро и ²⁰⁹РЬ при распадах ²¹³Ві и ²⁰⁹Т1 75

5.1.3 Мультипольности гамма-переходов при

распаде Bi и ТІ 79

5.2 Обсуждение результатов 82

Заключение и выводы 88

Литература 91

Введение к работе

В последнее время значительное внимание уделяется исследованию ядер с А = 210-230. Данная область ядер является очень интересной для изучения благодаря многообразию явлений, которые либо уже были наблюдены, либо предсказываются теорией для этого региона.

В частности, в указанной области происходит переход от ядер сферической формы к деформированным, что приводит к проявлению в их структуре некоторых особенностей.

Кроме того, в четно-четных ядрах данной области установлено существование уровней отрицательной четности с аномально низкими энергиями возбуждения [1]. Это, например, состояния с I⁷¹ = 1" с энергией около 600 кэВ в ядрах радона и с энергией 200 + 500 кэВ в ядрах радия и тория. Наличие таких уровней может свидетельствовать о нарушении зеркальной симметрии в ядрах. Выполненные расчеты позволяют сделать достаточно определенный вывод о мягкости этих ядер относительно октупольной деформации.

Однако по вопросу, является ли у всех ядер рассматриваемой области А октупольная деформация статической, имеются различные точки зрения. Так, в работах [2,3] при описании состояний отрицательной четности говорится о наличии у этих ядер в основном состоянии равновесной статической деформации (3₃ Ф 0. Указанные состояния в расчетах [4] трактуются как октупольные вибрационные в предположении об аксиальной и зеркальной симметрии ядер сфероидальной формы в основном состоянии (Р₂ Ф 0, (3₄ Ф 0, (Зз = 0). Исследование октупольных состояний начала области актинидов проведено в [5] с учетом кориолисова смешивания ротационных полос с различными значениями проекции углового момента К = 0, 1, 2, 3 на ось симмет- рий ядра. Результаты этих расчетов неплохо согласуются с экспериментальными данными. В работе [6] появление низколежащих Г-состояний связывается с мягкостью ядер относительно кластерной моды возбуждения и проявлением в их структуре многочастичных кластерных конфигураций. Подчеркнем, что впервые явления, характерные для октупольно-деформированных ядер, были обнаружены в экспериментах по изучению альфа-распада тяжелых ядер.

Интересные особенности наблюдаются и у сферического ядра ²⁰₈⁹,77₁₂₈. Основному состоянию ²⁰⁹Т1 по аналогии с рядом более легких ядер таллия с нечетным А приписывается J⁷¹ = 1/2⁺ (p3s_U2- состояние). Разрешенный по правилу отбора по спину и четности бета-распад ²⁰⁹Т1 должен бы происходить на уровень J⁷¹ = 1/2⁺, 2032 кэВ. Между тем 98% распадов происходит на уровень Jⁿ = 1/2", 2149 кэВ. Этот факт модель оболочек объясняет запретом бета-перехода p3s_V2 —> n4s_V2 по радиальному квантовому числу. Это единственный известный случай такого запрета бета-перехода.

Таким образом, общая картина структуры и свойств низколежащих состояний в ядрах рассматриваемой области значений атомного веса, особенно в ядрах с нечетными А, представляется довольно сложной и несомненно нуждается в дальнейших исследованиях.

Цель работы состояла в получении новых и уточнении имеющихся экспериментальных данных о структуре атомных ядер в цепочке распадов ²²⁵Ас; в анализе структуры возбужденных состояний ²²¹Fr, ²¹³Рои²⁰⁹РЬ.

В работе получены следующие новые результаты: Впервые выполнено детальное исследование (а-у)-совпадений при распаде ядра " Ас. Построена схема распада ~ Ас—» Fr, включающая 31 возбужденное состояние. Распаду Ас припи- сано 21 новых гамма-переходов. Доказана неправильная идентификация некоторых гамма-переходов ранее отнесенных к распаду Ас. Впервые вычислены интенсивности заселения уровней альфа-распадом методом количественного анализа совпадений. Впервые определена интенсивность альфа-распада на уровень 145.9 кэВ. Впервые определены мультипольности шести малоинтенсивных у-переходов. Исследован спектр конверсионных электронов в диапазоне 5-24 кэВ при высоком (-20 эВ) энергетическом разрешении. Впервые экспериментально подтверждено существование гамма-перехода 10.642 кэВ. Уточнены энергии переходов 26.015(5) кэВ, 36.660(5) кэВ, 38.543(3) кэВ и 108.37(1) кэВ. Сделаны заключения о мультипольности гамма-перехода 10.642 кэВ. Установлены четности шестнадцати уровней. Проведен расчет энергий возбуждения и структуры низколежащих неротационных состояний ²²¹Fr в рамках квази-частично-фононной модели ядра (КФМЯ). Показано, что свой- ства возбужденных состояний Fr удовлетворительно описываются КФМЯ без предположения о статической октупольной деформации.

Впервые сопоставлены результаты исследований (3"-распада ²²¹Rn и а-распада ²²⁵Ас. Дополнительно в схему уровней ²²¹Fr при (3"-распаде ²²¹Rn введены уровни 393.2 кэВ (7/2, 5/2)⁺ и 145.9 кэВ (1/2)⁺. Показано, что предположение о возбуждении при (3"- распаде Rn уровня Fr с энергией 273.5 кэВ противоречит результатам исследований (а-у)-совпадений при а-распаде ²²⁵Ас. Определены интенсивности и приведенные вероятности (3" -распада на уровни ²²¹Fr. Сделано предположение о четности основного состояния Rn - она положительна.

Впервые в исследованиях (а-у)-совпадений установлено засе- ление при а-распаде Fr новых уровней в At с энергиями 809.3 кэВ и 891.9 кэВ. Определены интенсивности а-распада на новые уровни.

На спектрометрах с HPGe-детекторами исследованы спектры у-лучей и (у-у)-совпадений при распаде ²¹³Bi и ²⁰⁹Т1. В экспериментах по (Х-у)- и (е^-, Х)-совпадениям определены впервые мультипольности у-переходов 147.7 кэВ - Е2, 292.8 кэВ -М1+Е2, 323.8 кэВ - М1+Е2 и 440.5 кэВ - Ml при распаде ²¹³Bi и 117.2 кэВ - Е1, 465.2 кэВ - Е2 и 1566.9 кэВ - Е2 при распаде ТІ. Экспериментальные данные о мультипольности у-переходов 147.7 кэВ, 292.8 кэВ и 440.5 кэВ позволили сделать заключение о том, что спины и четности уровней Ро с энергиями 292.8 кэВ и 440.5 кэВ равны 11/2⁺ и 7/2⁺, соответственно.

Научная и практическая ценность работы.

99 S 99t 91Т

Экспериментальные результаты изучения распада Ac, Fr, Bi, ²⁰⁹Т1 полезны для проверки применимости и точности различных теоретических подходов (моделей) к расчетам структуры ядер. Полученные данные о спектрах ядерных излучений изученных ядер войдут в справочники и компиляции по свойствам нуклидов ("Таблицы изотопов", "Nuclear Data.Sheets" и др.).

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались на:

1. 49"^ом Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 21-24 апреля 1999 г., Дубна, Россия;

50"^ом Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 14-17 июня 2000 г., Санкт-Петербург, Россия;

5 Г^ом Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 3-8 сентября 2001 г., Саров, Россия;

52"^ом Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 18-22 июня 2002 г., Москва, Россия; а также на семинарах на кафедре ядерной физики Санкт-Петербургского государственного университета и в НЭОЯС и РХ ЛЯП ОИЯИ, Дубна.

Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в работах:

1.К.Я. Громов, С.А. Кудря, В.М. Горожанкин и др. "а-распад ²²⁵Ac^²²¹Fr". Изв. РАН, сер. физ., № 67 (2003) 12.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ю.В. Норсеев и др. "О схеме распада ядра ²²¹Rn-^²²¹Fr". Изв. РАН, сер. физ., № 67 (2003) 27.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Новые ветви сс-распада ²²¹FW⁷At". Изв. РАН, сер. физ., № 66 (2002)

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Исследование струк-

914 9П0 91Ч туры возбужденных состояний при распаде Bi и ²⁰⁹Т1". Изв. РАН, сер. физ., № 64 (2000) 2228.

В.Г. Чумин, Д.К. Джаббер, К.В. Каляпкин, С.А. Кудря и др. "а-спектры ядер ²²¹Fr, ²¹⁷At, ²¹³Bi и ²¹³Ро". Изв. РАН, сер. физ., № 61 (1997)2062.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Новые ветви сс-распада ²²¹Fr->²¹⁷At". Препринт ОИЯИ Р6-2002-17 (2002), Дубна.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Исследование струк-

914 90Q 9I4 туры возбужденных состояний Ро и РЬ при распаде Bi и ²⁰⁹ТТ. Препринт ОИЯИ Р6-2000-101 (2000), Дубна. V.G. Chumin, V.I. Fominikh, K.Ya. Gromov, S.A. Kudrva et al. "Studies of a-spectra in ^22lFr, ^2l7At, ²¹³Bi and ²¹³Po decays". Preprint of the JINR E6-97-189 (1997), Dubna.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Альфа-распад ²²⁵Ас—> 'Fr". 49^е Совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Россия, Дубна, 21-24 апреля, 1999). Тезисы докладов, с. 94.

10. К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Распад Ві_т". 50"^е

Совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Россия, С.-Петербург, 14-17 июня, 2000). Тезисы докладов, с. 169.

В.Г. Чумин, К.Я. Громов, С.А. Кудря и др. "О распаде ²²¹Rn". 5Г^е Совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Россия, Саров, 3-8 сентября, 2001). Тезисы докладов, с. 178.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Ш.Р. Маликов и др. "Новые ветви а-распада ²²¹Fr". 5Г^е Совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Россия, Саров, 3-8 сентября, 2001). Тезисы докладов, с. 179.

К.Я. Громов, С.А. Кудря, Л.А. Малов и др. "О структуре уровней " Fr из альфа-распада Ас". 52"^е Совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Россия, Москва, 18-22 июня, 2002). Тезисы докладов, с. 98.

Диссертация состоит из 5 глав, введения и заключения.

Во введении дано обоснование темы диссертации, актуальности исследуемых проблем. Приведена структура диссертации.

В первой главе приведено описание экспериментальной установки. Описаны режимы работы, использованные источники и детекторы излучений.

Вторая глава посвящена альфа-распаду Ас—> Fr. Приводятся полученные экспериментальные результаты. Излагается методика количественного анализа результатов по (а-у)-совпадениям. Обсуждаются экспериментальные результаты. Проводятся расчеты значений энергий возбуждения и структуры низколежащих неротационных со- стояний Fr в рамках квазичастично-фононной модели ядра.

В третьей главе сопоставляются результаты исследований |3~-распада ²²¹Rn и а-распада ²²⁵Ас. Предлагается уточненная схема уров-ней Fr при Р'-распаде Rn.

Четвертая глава содержит информацию о новых ветвях альфа-распада ²²¹Fr^²¹⁷At.

Пятая глава посвящена исследованию структуры возбужденных состояний ²¹³Ро и ²⁰⁹РЬ при распаде ²¹³Bi и ²⁰⁹Т1. Приводятся полученные экспериментальные результаты. Результаты обсуждаются в рамках оболочечной модели ядра.

В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Похожие диссертации на Исследование структуры возбужденных состояний 221 Fr, 213 Po и 209 Pb

Корреляции в основном состоянии и структура низколежащих состояний в нечетных сферических и переходных ядрахМишев, Стоян Райков

Исследование образования адронов во взаимодействиях ядер Pb+Pb при релятивистских энергияхМелкумов Георгий Левонович

Исследование коллективных потоков нейтральных пионов в реакции 158 ГэВ/нуклон Pb+Pb путем измерения потоков дочерних фотоновНиколаев Сергей Александрович

Экспериментальное исследование характеристик генерации заряженных частиц и гамма-квантов во взаимодействиях п+-, К+-мезонов и протонов с ядрами Be, C, Al, Sn, Pb при импульсе 7,5 ГэВ/сГаврилин, Евгений Васильевич

Исследование структуры легких ядер в реакциях фрагментации под нулевым угломСитник, Игорь Михайлович

Исследование структуры адронов и каналирования частиц с помощью прецизионных дрейфовых камерВодопьянов, Александр Сергеевич

Экспериментальное исследование структуры нейтроноизбыточных cлабосвязанных и несвязанных ядер в области 1 =< Z =< 6Калпакчиева Румяна Георгиева

Исследование структуры нейтронных сечений реакторных материаловМезенцева Жанна Владимировна

Экспериментальное исследование структуры нейтроноизбыточных слабосвязанных и несвязанных ядер в области 1Калпакчиева, Румяна Георгиевна

Исследование структуры ядра и механизма ядерных реакций с помощью изомерных отношенийБогила, Евгений Анатольевич