Введение к работе
Одной из актуальных задач современной ядерной физики является экспериментальное изучение временной эволюции ядерных процессов. Исследования в этой области позволяют получить уникальную информацию как о структуре взаимодействующих ядер, так и о механизмах ядерных превращений.
В случае, когда энергия возбуждения составной ядерной системы, образующейся в реакции, не превышает энергию связи нуклона ,в ядре, основными механизмами снятия возбуждения являются электромагнитные переходы, так что характерные времена жизни возбужденных состояний лежат в диапазоне 10"7—10"15 с. Для этого интервала времен наиболее распространенными являются методы исследований, основанные на использовании: эффекта Доплера, задержанных совпадений, кулоновского возбуждения ядер, резонансного рассеяния у-квантов. При энергиях возбуждения, превышающих энергию связи нуклона, доминирующими становятся процессы распада составного ядра с испусканием нуклонов или нуклонных ассоциаций с характерными временами 10"15—10"22 с. Для измерения времен жизни нестабильных ядерных состояний в этой области было предложено несколько экспериментальных методов: метод теней, метод тормозного излучения, метод характеристического рентгеновского излучения, метод, основанный на эффекте перерассеяния часттщ-продуктов реакции, метод флуктуации Эриксона. Все эти методы, за исключением последнего, являются прямыми по своей природе и не требуют априорных представлений о механизме протекания ядерных реакций. В связи с развитием физики тяжелых ионов особую важность приобретают исследования временной эволюции ядерных превращений в диапазоне Ю"18—Ш12с. Для получения информации о длительности протекания процессов с участием тяжелых ионов в последние годы было предложено несколько косвенных методов, основанных на измерении угловых и энергетических распределений продуктов реакций с тяжелыми ионами: метод времени вращения диядерной системы, метод предразрывных нейтронов, метод регистрации испарительных заряженных частиц, метод, основанный на регистрации у-квантов от распада гигантских дипольных резонансов составной ядерной
системы. Помимо того, что каждый из перечисленных методов является косвенным, то есть извлекаемая с помощью него информация существенным образом зависит от допущений, лежащих в основе той или иной теоретической модели, данные методы применимы лишь к выделенному типу ядерного процесса и не обладают той общностью к различным видам ядерных превращений, как методы, основанные на использовании атомных эффектов или эффектов, связанных с движением быстрых заряженных частиц в кристаллах.
Метод тормозного излучения впервые был применен для определения времен жизни возбужденных состояний составной ядерной системы в диапазоне от 10'19 до 10"21 с при взаимодействии легких ядер. В экспериментах, проведенных в нашей группе, использование интерференционных эффектов в выходах тормозного излучения, испускаемого во входном и выходном каналах резонансных ядерных реакций иС(р,р) и 160(р,р), позволило определить время их протекания. Развитие этого метода дает возможность экспериментально исследовать временную эволюцию ядерных процессов, идущих с образованием составного ядра, исследовать границы временной обратимости ядерных реакций при низких энергиях, исследовать динамику редких ядерных превращений, сопровождающихся перестройкой атомной оболочки и взаимодействием с окружающим ядро электромагнитным полем.
Еще один аспект применения метода тормозного излучения заключается в том, что интерференционные эффекты в выходах тормозных фотонов, сопровождающих ядерные превращения, могут возникать не только вследствие наличия временной задержки между моментом влета частицы в ядро и моментом ее вылета, но и из-за определенной пространственной протяженности источника испускания фотонов. Исследование процесса тормозного излучения при спонтанном делении тяжелых ядер позволит более подробно исследовать динамику этого явления.
Как один из видов асимметричного спонтанного деления может быть рассмотрен процесс ос-распада тяжелых ядер. В этом случае данные по вероятности испускания тормозных фотонов несут в себе информацию как о механизме сс-распада, так и об особенностях туннелирования ос-частицы через кулоновский барьер ядра. При этом возникают такие вопросы, как: " испускают ли а-частицы тормозное излучение при туннелировании через потенциальный барьер? ", "возможна ли интерференция в амплитудах вероятности выхода
тормозных фотонов от различных участков движения ос-частицы — от подбарьерной области, от внутриядерной области и от внешней области? ". Различные теоретические модели, предложенные в последние несколько лет для описания процесса испускания тормозного излучения при а-распаде не позволяют однозначно выявить особенности влияітя подбарьерной области движения а-частицы на вероятность испускания тормозного фотона. С другой стороны, имеющиеся в литературе экспериментальные данные из-за их недостаточной статистической точности не дают возможность определить детальное поведение зависимости вероятности выхода тормозного излучения от энергии тормозных фотонов при Еу порядка несколько сотен кэВ.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ являлось:
-
Создание экспериментальной методики, позволяющей регистрировать тормозные фотоны, испускаемые в ядерных превращениях с малой вероятностью, с энергиями порядка несколько сотен кэВ.
-
Проверка разработанной методики изучения редких ядерных мод распада для измерения вероятностей различных ядерных превращений, имеющих место при а-распаде тяжелых изотопов, а именно, измерение вероятностей (а-уі)-переходов и вероятностей ионизации атомных іС-оболочек при а-распаде ряда радионуклидов, содержащихся в цепочке распада ядра 226Ra.
-
Исследование на основе созданной методики процесса испускания тормозных фотонов, сопровождающих а-распад ядер 210'П4ро и 226Ra, с целью изучения явления интерференции амплитуд вероятностей выхода тормозного излучения, соответствующего подбарьерному движению а-частицы и внешней области движения.
-
Сравнение полученных экспериментальных данных по выходам тормозных фотонов с результатами теоретических расчетов, выполненных в рамках различных моделей, описывающих испускание тормозных фотонов при а-распаде тяжелых ядер.
5. Теоретическая и экспериментальная проверка возможности использования метода тормозного излучения для изучения эффекта временной необратимости ядерных реакций при низких энергиях, протекающих с возбуждением изолированных резонансных состояний.
На основе разработанной в диссертации экспериментальной методики впервые получены данные по вероятностям испускания высокоэнергетических тормозных фотонов при ос-распаде тяжелых ядер, которые содержат информацию как о механизме а-распада, так и о динамике процесса туннелирования а-частицы через кулоновский барьер ядра. Предложенная в диссертации методика измерения выходов тормозного излучения в резонансных ядерных реакциях является новым подходом в изучении явления временной обратимости ядерных реакций при низких энергиях.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ диссертационной работы состоит в создании экспериментальной методики измерения редких ядерных превращений, сопровождающихся перестройкой атомной оболочки и взаимодействием с окружающим ядро электромагнитным полем. Развитая в диссертации методика применима для исследования как ядерных, так и атомных процессов, протекающих с малой вероятностью, и может быть использована для изучения временной эволюции ядерных состояний: для измерения времен жизни возбужденных ядер, для изучения пространственно-временной динамики деления тяжелых ядер, для изучения процессов перестройки атомных.оболочек, происходящих вследствие ядерных превращений и т.д.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ диссертации обеспечивается использованием современных экспериментальных методов ядерной и атомной физики с применением новейшей экспериментальной и компьютерной техники, а также использованием при проведении расчетов хорошо разработанных теоретических методов ядерной и математической физики.
ОБОСНОВАННОСТЬ ВЬЮОДОВ И РЕЗУЛЬТАТОВ следует из сопоставления полученных в диссертационной работе экспериментальных данных с результатами проведенных в рамках различных моделей теоретических расчетов, а также из сравнения с экспериментальными данными и результатами теоретических расчетов других авторов.
Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на специализированных семинарах Отдела ядерных реакций НИИЯФ МГУ, Международном симпозиуме "Временные аспекты ядерных реакций" (Москва, 1993), Международном совещании по физике деления (Обнинск, 1998), Международной конференции по ядерной физике "Кластеры в ядерной физики" (Санкт-Петербург, 2000), и отражены в печатных работах [1]—[10].
