Введение к работе
Актуальность проблемы.
При анализе спектров вторичных частиц в ядерных, реакциях и области низких (до 100 МэВ) и средних (до 1 ГэВ) энергий налетающих частиц традиционно выделяют вклады испарительных, предравношч-ных л прямых процессов. Для описания каждого из этих процессов на сегодняшний день предложены са.мые разнообразные модели. Однако, так как их область применимости ограничена, то для проведения достаточно полного анализа экспериментальной информации, как правило, необходимо привлечение и согласованное использование нескольких моделей, основанных на различных физических представлениях. Так для описания ядерных реакций в области энергий налетающих частиц до 100 МэВ наиболее традиционным является использование комплексного подхода (ЭМХФ), основанного на объединении модели Хаузера- Фегдбаха [1] и экептонной модели Гриффина [2].
При построении подхода ЭМХФ обычно делается ряд предположений относительно механизмов протекания ядерных реакций, которые требуют специального рассмотрения. Среди них — предположение о независимости развития предравновесных 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. Таким образом исследование временных характеристик ядерных реакций, в частности, времени установления равновесия, позволит получить дополнительную ипформащш для выбора критерия установления равновесия, который является параметром экситонной модели. В последнее время с помощью методики, основанной на эффекте теней, накоплен значительный экспериментальный материал по времени вынужденного деления актинидных ядер. Так как предравновесная стадия предшествует
1 испарительной, а деление — процесс, протекающий после установления равновесия в ядре, то, используя экспериментальные данные по времени деления, можно исследовать влияние предравновесных процессов на временные характеристики ядерных реакций.
Другое приближение, к которому мы вынуждены прибегать при объединении моделей Хаузера - Фешбаха и эксптонной. обусловлено проблемами учета в эксптонной модели углового момента, уносимого предрав-новеснымп частицами. Как правило, считается, что предравновесные процессы слабо влияют на распределение состояний ядер по моментам на равновесной стадии. Среди различных характеристик ядерных реакций наиболее чувствительной к распределениям по моментам является изомерное отношение, и, следовательно, экспериментальные данные по изомерным отношениям, в принципе, могут дать информацию о распределении составного ядра по моментам и о моменте, уносимом предрав-новеснымп частицами.
Объединение моделей в единый подход ЭМХФ проводится на основе использования общих параметров модели Хаузера - Фешбаха и эксптонной модели — параметров плотности уровней ядер и коэффициентов проницаемости, через которые выражается сечение реакции. В этих моделях для описания плотности уровней привлекается статистический подход. В эк-ситонной модели плотности уровней вычисляются в рамках статистики Боэе, а в модели Хаузера - Фешбаха — в рамках статистики Ферми. При этом в обоих случаях предполагается, что плотности уровней с разной четностью равны. Вместе с тем анализ схем дискретных уровней ядер [3] показывает, что число уровней с разной четностью может заметно отличаться. Кроме того, распределение по моментам уровней с разной четностью также может существенно различаться. Представляется, что и эти вопросы можно исследовать, используя экспериментальные данные по изомерным отношениям.
В области энергий до 1 ГэВ в спектрах вторичных частиц заметный
вклад составляет жесткая компонента, обусловленная внутриядерным каскадом. Однако описание этого механизма в рамках строгих подходов осложнено в связи с большим количеством параметров и чисто техническими трудностями при проведении расчетов. С другой стороны, для оценок спектров вторичных нуклонов в реакциях с частицами средних энергий была предложена полуфеноменологическая модель движущегося источника (МДИ). Эта модель позволяет выделять в спектрах частиц вклады испарительных, предравновесных и каскадных процессов, что дает прпншшпальную возможность проводить детальный анализ механизмов этих процессов в рамках других независимых подходов. Все свободные параметры МДИ подбираются на основе экспериментальных данных по дважды дифференциальным спектрам вторичных частий. В частности, накопленный обширный экспериментальный материал позволил построить систематики параметров модели для (р, п) - реакций как по энергии налетающих частиц для евпнда, так и по массовым числам для значений энергий протона 113 и 585 МэВ [4]. В связи с простотой МДИ и легкостью ее применения, а также необходимостью опенок спектров вторичных частиц в целом ряде прикладных задач, несомненный интерес представляет дальнейшая разработка систематик параметров МДИ.
Цель работы.
В рамках единого подхода ЭМХФ разработать методику расчета таких характеристик ядерных реакций, как функция возбуждения, время протекания ядерной реакции и распределение возбужденных состояний ядер по моментам и четностям. Получить систематики параметров модели движущегося источника для расчета дважды дифференциальных спектров вторичных нуклонов, образующихся в реакциях с протоиамн средних энергий. Разработать программное обеспечение для проведения исследований различных характеристик ядерных реакций в области энергий до 1 ГэВ.
(і
Научная новизна.
Подробно изучается вопрос о влиянии предравновссных процессов на величину времени вынужденного деления ядер. Предложен критерий установления термодинамического равновесия. В рамках подхода ЭМХФ проанализированы экспериментальные данные по времени вынужденного деления изотопов нептуния, образующихся в реакциях 23э/ + d и i3SU + d в диапазоне энергии дейтрона от 7 до 17 МэВ.
Показано, что на основе совокупности экспериментальных данных по спектрам вторичных частиц и изомерным отношениям в рахисах единого подхода можно оценить распределение состояний составных ядер по моментам. На примере реакций взаимодействия а - частиц с ядрамд редкоземельных элементов в диапазоне энергий налетающих частиц от 10 до 30 МэВ продемонстрирована принципиальная возможность определения момента, уносимого предравновесными частицами.
Для рада ядер (i4Sc Se,lil Се,190 It) исследуется зависимость плотности уровней ядра от четности. Показано, что для ядер с массовыми числами А < 70 плотности уровней с разной четностью в области возбуждения до 5 МэВ могут существенно отличаться. Показано, что изомерные отношения чувствительны к зависимости плотности уровней от четности.
Проведена апробация подхода ЭМХФ в широкой области энергий
возбуждения на примере решения задачи вычисления энергетиче
ских спектров и множественностей вторичных легких частиц И 7
- квантов в реакциях Сні + п для энергий налетающих частиц от 6
до 100 МэВ. Получены спектры -/ - квантов, сопровождающих эмис
сию протонов с определенной энергией.
Получена систематика параметров модели движущегося источника
для расчеши дважды дифференциальных спектров вторичных про
тонов в реакциях взаимодействия протонов с: ядрами 20 < /I < 250
при энергиях от 0.1 до 1 ГэВ. Предложена параметризация сече
ния неупругого взаимодействия протонов в этой области энергии.
Усовершенствована систематика параметров модели движущегося
источника для расчетов дважды дифференциальных спектров вто
ричных нейтронов.
Практическая денность.
Разработаны новые программные комплексы: программа MAIDEN — для проведения комбинаторных расчетов возбужденных состояний ядра в рамках оболочечяой модели п для получения на их основе набора параметров плотности уровней модели Ферми - газа, программа DSIG — для подбора параметров МДИ на основе экспериментальных данных по спектрам вторичных нуклонов, новый комплекс программ MSMpp — для расчетов дважды дифференциальных спектров и мяожественностеп вторичных нуклонов в области энергий налетающего протона от 0.1 до 1 ГэВ. Модифицирован комплекс программ STAPRE, в который введены дополнительные программные модули — для расчета временных характеристик ядерных реакций, для введения зависимости плотности уровней от четности, для вычисления распределения составных ядер по моментам с учетом предравновесных процессов. Эти программные комплексы прошли апробацию в проводимых нами исследованиях различных характеристик ядерных реакций в области энергий налетающих частиц от 1 МэВ до 1 ГэВ.
Результаты расчетов спектров вторичных легких частиц и 7 - квантов, получаемых при взаимодействии нейтронов с энергиями от G
до 11)0 МэВ с ядрами Си и /, а также результаты расчетов спектров -, - квантов, сопровождающих эмиссию протонов определенных энергий, были использованы [5] при определении эффективности Сх[ детектора при регистрации нейтронов в космическом пространстве.
Полученные систематики параметров модели движущего источника для расчетов дважды дифференциальных спектров вторичных нуклонов были использованы при моделировании источников нейтронов, возникающих при облучении образцов протонами с энергиями 500 МэВ (см. работу 14 в Публикациях по теме диссертации).
На защиту выносятся.
-
Предлагаемый критерий установления термодинамического равновесия. Методика расчета временных характеристик ядерных реакций в рамках единого подхода н результаты теоретических расчетов временных характеристик распадающихся ядер, образующих в реакциях li:'U -f d п -''bU + d в области энергий от 7 до 17 МэВ.
-
Способ опенки момента, уносимого предравновесными частинами, основанный на анализе экспериментальных данных по спектрам вторичных частиц и изомерным отношениям.
-
Результаты расчетов энергетических спектров и множественностей вторичных легких частиц и '/ -квантов в реакциях взаимодействия нейтронов с энергиями от 6 до 100 МэВ с ядрами Си и I.
4. Полученная систематика параметров модели движущегося источни
ка и параметризация сечения неупругого взаимодействия для расче
тов дважды дифференциальных спектров и множественностей вто
ричных протонов в реакциях взаимодействия протонов с энергией от
0.1 до 1 ГэВ с ядрами 20 < .4 < 230.
Апробация работы.
Работы, составившие основу диссертации, докладывались на международных семппарах по взаимодействию нейтронов с: ядрами (Дубна, 1994, 1995 гг), на международной школе-семннаре по физике тяжелых ионов (Дубна, 1993) на международном симпозиуме по временным характеристикам ядерных реакций (Москва, 1993 г.), на совещаниях по спектроскопии и структуре атомного ядра (Минск, 1991 г., Санкт-Петербург 1994 г., Санкт-Петербург 1995 г.), на конференции по ядерным данным в области средних энергий (NEA Data Bank, France, 1994).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ (см. Публикации по теме диссертации 1 - 14).
Объем и структура диссертации.
