Введение к работе
Актуальность работы
Развитие научных и прикладных ядерно-физических. исследований тесно связано с созданием и усовершенствованием качественно новых источников элементарных частиц. Одним из вариантов новых нейтронных источников, являются квазимоноенергетические пучки нейтронов, получаемые в результате пропускания спектра нейтронов реактора сквозь толстые і льтрн (2200r/cMJ) из вещества, в полном нейтронном сечении которого имеются глубокие интерференционные минимумы. До настоящего времени использовались в основном фильтры из So.Fe.Si, позволяющие получать пучки нейтронов со средними энергиями 2,24, и 144 кэВ. Возмохиости исследований нейтронных сечений и ядерных реакций существенно ограничивались і. -за малого диапазона используемых энергий нейтронов. Созданный на реакторе ВВР-М ИЯИ АН Украины набор фильтрованных пучков нейтронов на основе фильтров из So,Pe,Al,S,Si,V,Mn и стабильных изотопов 5аСг>Б4.Бв,в7рв(ва,бои1 позволяет получат. около 20 квазимоновнергетических пучков нейтронов со средними энергиями Е в диапазоне 0,017+275 кеВ.
Использование гораздо более широкого диапазона усредняемых энергий нейтронов, высокая интенсивность и хорошие фоне ые условия фильтрованных пучков нейтронов дают возможне ;ть проводит^ ядерно-физические исследования с гораздо лучшей точностью и надежностью. Измерения полных и парциальных нейтронных сечений атомных ядер в области разрешешшх и неразрешенных резонансов продолжают оставаться актуальными как в фундаментальных, так и в ігрикладньїх исследованиях. Использование фильтрованных пучков' нейтронов дает возможность существенно улучшить качество' исследований эффектов резонансного самовкранирования в нейтронных сечениях в области неразрешенных резонансов, что важно для расчетов реакторов на быстрых нейтронах. Полу аемые в настоящих экспериментах средние
резонансные параметры ядер описывают не только область разрешенных резонансов, но и примерно на порядок больший диапазон неразрешенных резонансов, что позволяет исследовать ряд фундаментальных вопросов R-матричной теории, таких, как энергетическая зависимость нейтронных силовых функций и оптических радиусов рассеяния, выбор граничных условий R-матричной теории.
Расширение диапазона энергий нейтронов, используемых для исследований усредненных по резонансам спектров у-лучей из реакции (п,у) позволяет значительно улучшить возможность получения спектроскопических характеристик нижних возбуаденных уровней ядер, расширить круг исследуемых ядер, имеющих плотность резонансов, недостаточную для эффективного проведения исследований с использовавшимися ранее фильтрами. Продолжают оставаться актуальными исследования нестатистических эффектов в (п,7)-реакции, позволяющих получать сведения о механизме захвата нейтронов. Важное значение имеет также возможность получения из измеренных усредненных спектров первичных переходов из захватного состояния значений р-нейтронных силовых функций, многие данные для которых остаются либо неизвестными, либо определенными со значительными погрешностями.
Результаты настоящей работы демонстрируют новые возможности получения высококачественных нейтронных и спектроскопических ядерных данных в измерениях с использованием усовершенствованного набора фильтрованных пучков нейтронов атомного реактора.
Цель работы. Разр_ботка новых нейтронных источников на осноеє нейтронных фильтров из ряда природных элементов и стабильных изотопов, азмещае"ых в горизонтальном канале атомного реактора. Исследования о помощью разработанных нейтронных фильтров усредаешшх полных и парциальныт нейтронных сечений ядер *
положений R-матричной теории (граничных условий, внергетической зависимости нейтронных силовых функций и радиуса потенциального рассеяния). Исследования усредненных ' по резонансам спектров 7-лучей при захвате фильтровашшх нейтронов ядрами
B0V> ,Я71 143. 14ВМ> 147аП( 1 ВБ^ 1 7,^ і 91 ,.»3^ 208^ n0J]y4ejMe
новых спектроскопических данных о возбужденных уровнях соответствующих ядер-продуктов в (п,к(-реакции; исследования радиационлых силовых фуішций и нестатистических эффектов в этих ядрах.
Научная новизна результатов и практическая ценность работы Все представленные в диссертации результаты получены либо впервые, либо о гораздо лучшей тс чоотью и более высокой достоверностью, по сравнению с известными ранее данными.
Впервые развиты описанные в диссертации новыефильтрованше пучки нейтронов, представляющие собой интенсивные .источники нейтронов, которые в сочетают о созданными в' ?окооффективными измерительными системами, включая многоканальны.; парный и 8НТИК0МІ.Т0Н0ВСКИЙ спектрометры, позволили проводить ядерно-физические исследования в области нейтронной физики и ядерной спектроскопии на новом качественном уровне. Значителі ое расширение, по сравнению с ранее ; спользовавшимися, количества квазимок внергетических пучков нейтронов дало возможность осуществить широгаш круг исследований по усредненным полным и парциальным нейтронным сечениям, на основании которых получены уточненные средние резонансные параметры ядер
4*Ca,M7Sm,1BBCd.lp'W3a№,334a38U.
Исследование возможности описения полученных значений усредненных нейтронных сечений в рамках R-матричной теории позволило впервые сделать ряд более достоверных, чем . в предыдущих исследованиях, выводов, таких как независимость от энергии нейтронов величины S-нейтронной силовой функции и оптического радиуса ядра, а также определить выбор граничні'
условий в R-матричной теории.
Полученные данные о нейтронных сечениях и средних резонансных параметрах a3aTh,336U,23eU имеют практическое значение для расчетов ядерно-енергетических установок, поскольку азаТп и азви являются основными воспроизводителями ядерных делящихся материалов (соответственно 233U и 239Pu), a 236U вг дат в состав переработанного ядерного топлива, получаемого после его первичной эксплуатации в ядерных установках. Данные о сечении неупругого рассеяния нейтронов с энергией 144 и 275 кэВ на первом возбужденном уровне 2* a3BU позволили устранить расхождение между расчетом, получаемым на основании имевшихся до втих измерений данных о парциальных сечениях азви, и результатами интегральных экспериментов на критсборках.
Дашше по спектрам у-лучей в реакции (п,у) фильтрованных нейтронов с ядрами ^,18.14.17.191^19.23 получены впервые. Имевшиеся ранее данные по спектрам у-лучей при захвате фильтрованных нейтронов ядрами 143,14BNd были представлены лишь в виде рисунка, а данные по 1B6Gd были получены с гораздо худшей статистикой, по сравнению с результатами, полученными в диссертации. На основании результатов измерений спектров у-лучей при захвате фильтрованных нейтронов указанными ядрами получен обширный материал, позволивший обнаружить значительное число новых возбужденных уровней, а также установить спины и четности для большинства уровней, на которые наблюдаются первичные Е1- и М1-переходы в рассматриваемых ядрах.
Наряду с исследованиями первичных переходов, в работе впервые демонстрируется возможность определения спинов нижних возбужденных уровней из результатов анализа зависимости от внергии нейтронов интенсивностей вторичных переходов при захвате фильтрованных нейтронор ядром 14БШ.
Наряду с новой спектроскопической информацией для болышшства ядер впервые проведено исследование внергетической
зависимости интенсивности усредненных по резонансам первичных Е1- и М1-переходов, а для 1B4Gd впервые наблюдалось характерное для экстраполяции гигантского дипольного влектрического резонанса изменение показателя степени в приближенной степенной зависимости интенсивности первичных Е1-переходов от их энергии. Полученные результаты могут быть использованы в расчетах полных радиационных ширин и сечений захвата различных ядер.
В спактрах усредненных по резонансам первичных ^-переходов,' сопровождающих распад захватных состояний ядер!**М и 14*Nd, наряду с отмеченными ранее усиленными первичными переходами на уровни 2*, обнаружено "также усиление переходов на уровни 4*. Такое нестатистическое коррелирующее усиление переходов для ядер о аналогичными конфигурациями протонных и нейтронных оболочек с высокой степенью достоверности может быть интерпретировано повышенным вкладом в волновую функцию захватного состояния простых конфигурцией типа "входного состояния". Разумность такого предположения подтверждается проведенными в диссертации модельными расчетами, а также расчетами по кввзичасгично-фононной модели ядра, выполненными Вороновым В.В, и Кнатько В.А.. Е усредненных по резонансам спектрах первичных у-переходов такое нестатистическое усиление отдельных перехо, .зв обнаружено впервые.
Проведенное в диссертации исследование спектров у-лучей при захвате фильтрованных нейтронов в отдельных резонансах B0V впервые показывает возможности использования фильтрованных пучков нейтронов для исследования (п,у)-реакции в легких и средних ядрах
i\ . Основные положения, выносимые на защиту.
1.. Разработан комплекс из <-"20 квазимоноенёргетических
пучков нейтронов с Е « 0,017+275 кеВ и пучков с набором
нейтронных линий о Е до ~* 1 МеВ, получаемых на атомном реакторе с помощью интерференционных фильтров на основе ряда природны
элементов и обогащенных изотопов.
2. На примере проведении* измерений полных нейтронных сечений 0t четных изотопов Ni в области энергий нейтронов 2+8000 вВ показано, что исследования о в области интерфернционных минимумов позволяют определить радиацрнные ширины Г для ядер, у которых.нейтронные ширины резонансов Г значительно больше I".
п У
3- Для проведения нейтронных и спектроскопических исапедований на фильтрованных пучках нейтронов разработаны методики и установки для измерений полных и парциальных нейтронных сечений и спектров у-лучей при захвате фильтрованных нейтронов атомными ядрами.
4. Измерены усредненные полные нейтронные сечения 197Au,'!36U,23eU в диапазоне Е от 2 кеВ до -~0,8 МоВ, сечения упругого и геуцругого рассеяния нейтронов оВ= 144 кеВ a3Z!Th и нейтронов оЕ= 144 м 275 квЬ a38U, сечения активации 197Аи и*6Са, для Е= Л+144 ' кэВ, факторы резонансного самовкранирования в сечениях деления a33U и a36U. Проведен анализ и определены средние резонансные паррчбтры исследованных адер в рамках одноурорчевого приближения R-матричного формализма. Для ядра a3BU показана независимость от энергии нейтронов эдиуса потенциального рассеяния R' и в-нейтронной
силовой функции S.. Определены критерии выбора граничных условгі
R-матричной теории.
Ъ. Ifc.дерены усредненные по резонансам спектры у-лучей первичных переходов из захватного состояния в (п,у)-реакцш5 ядер iaoI. 144'1*eNd,148Sm,13*Gd.ie0Hf,,9S'l94Ir.a3pn и спектры у-лучой при захвате нейтронов в отдельных резонансах B0V. Определвни характристики нижних возбужденных уровней исследоваі..шх ядер. Исследовав энергетические зависимости радиацонных силовых функций (РСФ) первичных Е1- и Mi-переходов. Измеренная для 11вЩ зависимость от Е заселяемости нижних возбужденных уровней вторичными переходами дает дополнительную информацию о спинах этих уровней. Для деформированных ядер
получено убедительное подтверждение описания энергетической зависимости РСФ Е1-переходов экстраполяцией гиганоткого влектричеекого дипольного резонанса. В спектрах первичннл переходов В1у,'**' 146щ отмечоны ноотатистические отклонения интенсивноотей отдельных переходов, интерпг'тированные повышенным вкладом в волновую функцию захватного состодашя простых конфигураций типа входтшх состояний, раоочи""!Ных в рамках одночастичной и обобщенной моделей. '
Апробация работы и публикации.
Основні..* результаты диссертации опубликованы в журналах Ядерная физика. Известия АН СССР, Атомная анергия, Вопросы атомной науки и техники, "uolear Physios, в материалах Всесоюзной и Международной конференции по нейтронной физике "Нейтронная физика" и Меадународного симпозиума "Neutron-Capture Gamrea-Ray Speotroeoopy and Related ТорЧов", препринтах їГЧИ АН Украины. Материалы диосертац"и докладывались на IV.V.VI Всесоюзной и I Мевдународной конференции.: по иейтрошой физике .(Киев, 1977,1980, 1984, 1987), XXX7II ежегодном совещании по ядерной спектроскопии и структуре» ядра (Рига, 1987), Международном тшпозиуме "Nuolear Erilted States" (Лодзь, 1994), Международна.! совег "ний коне, льтативного совета МАГАТЭ по свойствам нейтронных источников' (Ленинград, 1986 ), 4-ом Совещании координационной группы "Тран-членов СЭи по ядерным данном (Обнинск, 1986), Международных'рабочих совещание "Взаимодействие медленных нейтронов с атомными ядрами" (Дубна, 1991, 1992), 1,1 научных семинарах Лаборатории Нейтронной "-язики ОИЯИ (1980), кафедры ядернсі физики Мюнхенского Тохничос .ого университетаЛФРГ, 1988), Лабс-згории Нейтронной Физики Центра по Ядерной фийііке в Карлсруэ, (ФРГ, 1ГЭ2), Института ядерных исследований Госкомитета по атомной еиергии СРВ в Да лате (1980,1990), на объединенных семинарах по ядерной физике ИЯИ АН Украины ( .J89.1992).
По материалам диссертации опубликовано 40 печатных работ, основные из которых приведены в конце автореферата.
Объем и структура диссертации.
диссертация состоит из основного текста на 338-и страницах, 84 рисунков, 23 таблиц и списка литературы из 219 наименований. В основной текст входит введение, три части, состоящие из десяти г~9В, и заключение.
