Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основные систематические расхождения данных по сечениям фотонейтронных реакций
1.1. Полная база данных по ядерным реакциям как средство системного изучения особенностей результатов разных экспериментов
1.1.1. Международное сотрудничество МАГАТЭ - Сеть центров ядерных данных
1.1.2. Реляционная база данных по ядерным реакциям
1.2. Особенности фотоядерных экспериментов разного типа - источники систематических расхождений результатов
1.2.1. Эксперименты с тормозным у-излучением
1.2.2. Эксперименты с квазнмоноэнергетическими фотонами, образующимися при аннигиляции на лету релятивистских позитронов
1.3. Основные систематические расхождения сечений реакций, полученных в различных экспериментах
1.3.1. Расхождения данных по сечению полной фотонейтронной реакции (у,хп)
1.3.1.1. Структура сечения реакции (энергетическое разрешение)
1.3.1.2. Абсолютная величина сечений реакции
1.3.2. Расхождения абсолютных величин сечений парциальных реакций (у,п) и (у,2п), полученных с помощью квазимоноэнергетических фотонов в Саклэ и Ливерморе
ГЛАВА 2. Обоснование метода взаимного согласования абсолютных величин сечений парциальных фотонейтронных реакций, полученных в экспериментах с квазимоноэнергстичными фотонами
2.1. Детальный анализ соотношения данных о сечениях парциальных фотонейтронных реакций (у,п) и (у,2п)
2.2. Анализ надежности процедур выделения фотоядерных реакций различной множественности
2.3. Метод взаимной корректировки данных по сечениям парциальных фотонейтронных реакций
2.3.1. Метод взаимной корректировки данных по сечениям реакций (Y,2n)
2.3.2. Метод взаимной корректировки данных по сечениям реакций (У,п)
ГЛАВА 3. Новые данные по сечениям полных и парциальных фотоядерных реакций, оцененные путем взаимного согласования результатов разных экспериментов
3.1. Сечения реакции (у,2п)
3.1.1. «Стандартная ситуация» 69
3.1.2. «Особые случаи» 70
3.2. Сечения реакции (у,п) 73
3.3. Сечения реакции (у,хп) 74
3.4. Сравнение данных о сечении реакции (у,2п), полученных в экспериментах с квазимоноэнергстическими и тормозными фотонами
ГЛАВА 4. Физические следствия взаимной корректировки сечений полных и парциальных фотонейтронных реакций
4.1. Сечения фотопоглощения, исчерпывание дипольного правила сумм
4.2 Соотношение прямых и статистических распадов в нейтронном канале распада ГДР
4.3. Мониторирование пучков коллайдеров 141
Заключене 147
Литература 149
Приложения (Реляционная БД по ядерным реакциям) 158
- Особенности фотоядерных экспериментов разного типа - источники систематических расхождений результатов
- Анализ надежности процедур выделения фотоядерных реакций различной множественности
- Сравнение данных о сечении реакции (у,2п), полученных в экспериментах с квазимоноэнергстическими и тормозными фотонами
- Соотношение прямых и статистических распадов в нейтронном канале распада ГДР
Введение к работе
Актуальность темы диссертации определяется, прежде всего, тем, что решение сформулированных в ней задач позволяет в значительной степени преодолеть существующие трудности исследований природы и свойств гигантского дипольного резонанса (ГДР), наблюдаемого в энергетических зависимостях сечений фотоядерных реакций в различных экспериментах. Изучение свойств ГДР сыграло и продолжает играть важную роль в становлении современных представлений о структуре и динамике атомного ядра, механизмах ядерных реакций.
Экспериментальные исследования ГДР представляют собой весьма непростую задачу, в первую очередь, вследствие отсутствия до настоящего времени интенсивных пучков моноэнергетических фотонов. Такое положение дел требует использования разнообразных методов создания условий, в которых эффективный энергетический спектр фотонов с теми или иными допущениями может рассматриваться как близкий к моноэнергетическому. Такие методы зачастую весьма сильно различаются, следствием чего является наличие расхождений в данных. Существенные расхождения в фотоядерных данных представляют серьезную проблему при интерпретации результатов различных экспериментов и часто не позволяют детально изучить многие эффекты, связанные с особенностями возбуждения и распада высоковозбужденных состояний ядер.
Все это делает весьма актуальной и задачу получения точных надежных данных о сечениях фотоядерных реакций на основании анализа результатов разных экспериментов в условиях, когда результаты отдельных экспериментов не согласуются друг с другом. Она связана с проблемой определения и учета систематических погрешностей отдельных результатов и для своего решения требует: накопления информации, полученной в разных экспериментах, создания
соответствующего банка данных;
совместного анализа всей совокупности накопленных данных с учетом условий тех экспериментов, в которых они были получены, исследования причин расхождения данных в разных экспериментах;
разработки методов учета влияния этих причин на результат каждого конкретного эксперимента.
Решение проблем оценки не согласующихся данных и получения данных, свободных от систематических погрешностей, во многих случаях создает возможности для получения новой информации о полных и парциальных сечениях фотоядерных реакций, сечениях многочастичных реакций, а, следовательно, и о каналах распада ГДР. Такая информация, в свою очередь, позволяет на качественно новом уровне провести новые детальные исследования особенностей фоторасщепления атомных ядер.
Актуальным исследованиям широкого круга вопросов (систематика, причины, методы устранения, новые данные, физические последствия), связанных с проблемой существенных систематических расхождений результатов различных экспериментов, прежде всего, выполненных на пучках квазимоноэнергетических аннигиляционньгх фотонов в Саклэ (Франция) и Ливерморе (США), в первую очередь, применительно к данным по сечениям парциальных фотонейтронных реакций (у,п) и (у,2п), а дополнительно и полных фотонейтронных реакций (у,хп) и (y,sn), и посвящена настоящая работа.
Основными целями диссертационной работы являлись создание полной БД по ядерным реакциям, проведение с ее помощью детального анализа известных значительных систематических расхождений результатов различных фотоядерных экспериментов, разработка методов учета и устранения таких расхождений, получение новых проанализированных, взаимно скорректированных и согласованных точных и надежных данных по сечениям различных фотоядерных реакций, а также использование новых
данных для оценки ряда физических эффектов, непосредственно зависящих от соотношения сечений различных парциальных фотоядерных реакций.
Научная новизна и практическая значимость работы заключаются в следующем:
в рамках международной Сети Центров ядерных данных МАГАТЭ создана новая полная база данных (БД) по ядерным реакциям под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов, предоставляющая пользователям уникальные возможности единого подхода к анализу результатов различных экспериментов с использованием формализованных сведений об условиях их получения (лаборатория, тип пучка налетающих у-квантов, тип детектора, способ определения множественности фотонейтронов и др.);
впервые выполнены системные исследования, позволившие с единых позиций подойти к проблемам определения причин и разработки методов устранения систематических расхождений результатов различных фотоядерных экспериментов;
получено значительное количество новых данных по сечениям полных и парциальных фотонейтронных реакций (y,xn), (y,sn), (у,п) и (у,2п) для 19 ядер (5,V, 75As, 89Y, 90Zr, 115In, »«.'".»«.»o,mSn> ш^ ш^ ,^ ,«Ho>
1R1 107 "7Ґ1Й "УХ") 71R
Та, Au, Pb, Th, U), согласованных между собой и свободных от обсуждаемых систематических погрешностей;
выполнены новые оценки таких физических эффектов как, соотношения величин интегральных сечений реакции фотопоглощения с предсказаниями дипольного правила сумм, а также прямых и статистических процессов в нейтронном канале распада ГДР;
решены некоторые актуальные проблемы мониторирования пучков современных суперколлайдеров.
Научная достоверность полученных результатов подтверждается
применением строгих методов их обработки и анализа, а также их
согласием с соответствующими результатами известных
экспериментальных работ.
Автор выносит на защиту следующие результаты:
-
впервые созданная новая полная база данных по характеристикам ядерных реакций под действием фотонов, нейтронов, заряженных частиц и тяжелых ионов с уникальной мощной и гибкой поисковой системой ();
-
впервые полученные результаты детального анализа систематических расхождений сечений полных и парциальных фотонейтронных реакций, систематика зависимости этих расхождений от особенностей выполненных экспериментов;
-
метод взаимного согласования и корректировки результатов различных экспериментов по сечениям парциальных фотонейтронных реакций, основанный на учете особенностей использованных методик определения множественности фотонейтронов;
-
новые данные по сечениям полных и парциальных реакций для 19 ядер ядер (5,V, 75As, 89Y, 90Zr, U5In, '""»*»<««&,, >2X »3Cs> «9Tb> >65Ho> mTa, 197Au, 208Pb, 232Th, 238U), взаимно согласованные между собой и с результатами других экспериментов, свободные от обсуждаемых систематических расхождений;
-
новые оценки соотношений интегральных сечений полного фотопоглощения с предсказаниями дипольного правила сумм;
-
новые оценки соотношения прямых и статистических процессов в нейтронном канале распада ГДР;
-
результаты использования оцененных реакций (у,п), (у,2п) и (у,3п) для существенного повышения точности расчётов сечений
-б-
электромагнитной диссоциации, используемых для решения проблем мониторирования пучков суперколлайдеров.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации опубликованы, представлены и обсуждены на международных и всероссийских научных и научно технических конференциях:
Всероссийская конференция по электронным библиотекам «RCDL'2001 - 2006».
Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика'2002, 3 -б июня 2002 г., Санкт-Петербург.
Всероссийская научная конференция «Научный сервис в сети Интернет», Новороссийск, 2002 - 2006 гг.
Международное совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра «Ядро-2003 - 2006».
IAEA Consultant's Meeting on the Co-ordination of Nuclear Reaction Data Centres, 2003 - 2006 гг.
International Conference on Nuclear Data for Science and Technology. Santa Fe, New Mexico, 26 September - 1 October 2004.
Публикации.
Всего опубликованы 22 печатные работы: 3 статьи в журналах («Ядерная физика», «Известия РАН, серия физическая», «Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерные константы»); 2 препринта НИИЯФ МГУ, 11 докладов и 6 тезисов докладов на международных и всероссийских научных и научно-технических конференциях. Список 8 работ, в которых опубликованы основные результаты диссертации, представлен ниже.
Все результаты, представленные в диссертации, получены самим автором, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, сдержит 164 страницы, 77 рисунков и 17 таблиц и 7 страниц Приложения с иллюстрациями работы созданной базы данных по ядерным реакциям. Список литературы содержит 91 наименование.
Особенности фотоядерных экспериментов разного типа - источники систематических расхождений результатов
Таким образом, все сказанное выше делает очевидным, что существенно различные процедуры получения информации о сечении реакции из непосредственно в эксперименте измеряемых величин могут являться (и являются) источниками значительных систематических погрешностей их результатов: условия получения информации о сечении реакции в экспериментах, выполненных с тормозным у-излучением и квазимоноэнергетическими аннигиляционными фотонами, существенно различаются. В то время, как в ТИ-эксперименте конечным результатом является именно сечение реакции а(Е), хотя и полученное для аппаратной функции сложной формы, которая затрудняет оценку реально достигаемого энергетического разрешения, в ТИ-экспериментах, конечный результат, по существу, является не сечением реакции, а лишь ее выходом -разностью двух реально измеряемых выходов (7). При этом вследствие трехэтапной процедуры его получения статистическая точность этого выхода невысока, а определение потока налетающих фотонов, к которому он должен быть отнесен - существенно затруднено. Важно отметить, что обсуждаемые систематические расхождения результатов превосходят достигнутые в экспериментах статистические погрешности. Следует отметить, что расхождения обсуждаемого типа (как по форме, так и по абсолютной величине) между результатами ТИ- и КМА-экспериментов были обнаружены сразу после того, как сечения одной и той же реакции были впервые получены в экспериментах обоего типа. Эти расхождения оставались необъясненными в течение длительного времени, поскольку приводимые в опубликованных работах параметры выполненных экспериментов обоего типа, оказывались близкими. Создание полной базы данных по фотоядерньш реакциям [18] создало условия для систематического изучения таких расхождений.
В настоящей работе основное внимание будет уделено расхождениям данных по сечениям фотоядерных реакций по абсолютной величине, а расхождения этих данных по форме (предмет исследований, выполненных ранее (например, [7]) для полноты картины будут рассмотрены лишь кратко.
В качестве типичного примера обсуждаемых расхождений на Рис. 2 представлены данные по сечению полной фотонейтронной реакции 160(у,хп), полученные в одном ТИ-[31] и двух КМА-экспериментах [32, 33]. Хорошо видно, что надёжно разделенные мощные максимумы при близких значениях энергии, наблюдаются во всех трёх сравниваемых сечениях. По форме и по абсолютной величине соответствующие резонансы различаются, причём в обоих КМА-сечениях они имеют величины меньшие, а ширины большие по сравнению с резонансами в ТИ-сечении. Абсолютные значения ТИ-сечения [31] и КМА-сечения Саклэ [32] близки: интегральные сечения, рассчитанные для общих пределов интегрирования составляют 36.90 и 34.52 МэВ»мб, тогда как КМА-сечение Ливермора [33] значительно отличается по величине от двух других и приближается к ним лишь после умножения на некий коэффициент (31.01 = 1.12 х 27.64 МэВ«мб; происхождение дополнительного нормировочного множителя 1.12 будет обсуждаться ниже).
Для того, чтобы прояснить природу наблюдавшихся расхождений, было проведено несколько специальных исследований. Одним из наиболее последовательных из них является детальное сравнение [34] сечений полной фотонейтронной реакции на изотопе кислорода 180(у,хп), полученных как с помощью ТИ-, так и КМА-фотонов. Сравнивались числовые значения основных параметров (энергетическое положение, абсолютная величина (амплитуда) и ширина) всех наиболее отчетливо проявляющихся резонансов, обнаруженных [34] в ТИ-эксперименте (Австралия, Мельбурн) и КМА-эксперименте (Ливермора) [35], в которых в обоих случаях принимали участие специалисты по экспериментам обоих типов.
Несмотря на сложность процедуры разделения между собой в значительной степени перекрывающихся резонансов различной ширины и амплитуды, было установлено [34], что практически все резонансы ТИ-сечения имеют заметно большие амплитуды (среднее значение отношения АТИ/АКМА = 1.17) и значительно меньшие ширины ( ГКМА/ГТИ = 1.35) по сравнению с резонансами в КМА-сечении. Более того, интегральные сечения для области энергий 8-28 МэВ также различаются: о""ти = 187.12 МэВ»мб и СТШ КМА = 167.33 МэВ«мб (отношение весьма близко к значению 1.12, которое уже неоднократно было упомянуто выше и которое будет детально обсуждаться ниже).
Такое положение дел сделало настоятельно необходимым проведение специальных систематических исследований того, каким образом согласуются или расходятся по форме сечения однотипных реакций, получаемых двумя описанными выше методами.
Для количественного сравнения формы сечений реакций, полученных в разных экспериментах, с помощью полной базы данных [30] было выполнено специальное исследование обсуждаемых расхождений. Был введен [36] специальный параметр «структурность» S, описывающий степень отклонения отдельного сечения от себя самого, но сильно (для разрешения 1 МэВ) сглаженного: С целью исследования того, насколько близкую форму имеют сечения разных лабораторий, при использовании введенного параметра структурности S, была получена [36] общая систематика расхождений данных. На Рис. 3 представлены отношения S/SL, В которых структурность S рассчитывалась по данным различных лабораторий, а структурность SL - по КМА-данным Ливермора (в случаях, когда данные Ливермора отсутствуют, использовались данные других КМА-лабораторий - в Саклэ, университете Юстуса Лиебига (Гессен, Германия)), лаборатории General Atomic (Сан-Диего, штат Калифорния, США), университете Пенсильвании (штат Филадельфия, США)). Такие отношения рассматривались потому, что для рассмотрения систематических различий отдельных экспериментов следует приводить данные различных типов к данным какого-либо одного типа, выбранного в качестве своеобразного "эталона". Выбор в качестве такого "эталона" данных из Ливермора обусловлен лишь тем обстоятельством, что наибольшее количество КМА-данных было получено именно в Ливерморе.
Из Рис. 3 хорошо видно, что все проанализированные данные достаточно отчётливо разделяются на две группы: ТИ-данные (среднее значение S/Si = 4.35) и КМА-данные (среднее значение S/SL = 1.22). Близость последнего среднего значения к 1 означает, что для всех трёх КМА-лабораторий (Ливермор, Саклэ, Гессен) заявляемые [2] оценки энергетического разрешения по расчётной ширине аннигиляционной линии (во многих случаях: 250 - 400 кэВ, в некоторых: 500 кэВ, в нескольких: 150 - 300 кэВ) не соответствуют реальному разрешению, достигаемому в эксперименте: все они в той или иной степени оказываются близкими к использованному шагу сглаживания - 1 МэВ. Это находит своё прямое подтверждение в том, что данные, полученные в Иллинойсе [37] в экспериментах, выполненных с помощью меченых фотонов (МФ), аппаратная функция для которых близка к гауссиану, по величине анализируемого параметра S/SL существенно превосходят КМА-данные, оказываясь весьма близкими к ТИ-данным (среднее значение S/SL = 4.22). Эта близость ТИ- и МФ-данных по значениям параметра S/SL означает, что они существенно лучше по сравнению с КМА-данными отражают реальную структуру сечений реакций, тогда как структура сечений, полученных в КМА-экспериментах оказывается существенно сглаженной.
Анализ надежности процедур выделения фотоядерных реакций различной множественности
Для того, чтобы получить из результата КМА-эксперимента сечение реакции, он должен быть подвергнут дополнительной обработке. Такой обработкой может быть [38] процедура восстановления ("unfolding") сечения реакции из её выхода, аналогичная тем, которые применяются в ТИ-экспериментах, или редукции, учитывающей реальную форму аппаратной функции эксперимента. Во многих исследованиях, выполненных ранее [7, 36, 39 - 42], для такого рода обработки использовался метод редукции [43, 44]. Было показано, что при преобразовании результатов как ТИ-, так и КМА-экспериментов, к виду, который они имели бы, будучи измерены при одинаковой аппаратной функции правильной формы (например, гауссиана), они становятся весьма близкими друг к другу.
Как уже отмечалось выше, сравнение результатов многочисленных исследований (например, [31 - 36]), выполненных в различных экспериментах свидетельствует о том, что между сечениями фотонейтронных реакций, полученными в экспериментах одного типа в разных лабораториях, наблюдаются очевидные расхождения не только по форме, но и по абсолютной величине (Рис. 2, 3). Это справедливо не только для ТИ-, но и для КМА-экспериментов. Если первое нисколько не удивительно вследствие большого разнообразия методов извлечения информации о сечении реакции из её экспериментального выхода (6), то второе вызывает удивление, поскольку установки для получения КМА-фотонов непосредственно в эксперименте в Ливерморе и Саклэ практически идентичны.
Представление о том, как именно могут различаться не только абсолютные значения, но и форма сечений однотипных реакций, полученных в однотипных КМА-экспериментах, но в разных лабораториях, дает Рис. 4.
На нем приведены сечения реакции 75As(y,xn) из двух экспериментов на пучках КМА-фотонов, проведенных соответственно в Саклэ (Франция) [45] и в Ливерморе (США) [46]. Из Рис. 4 отчетливо видно, что во всей исследованной области энергий первое сечение имеет заметно большую абсолютную величину по сравнению со вторым, что по-видимому, обусловлено различиями в абсолютной норировке.
Вместе с тем, Рис. 4 свидетельствует также и о том, что обсуждаемые сечения фотонейтронной реакции, полученные в однотипных КМА-экспериментах, ведут себя заметно различным образом в различных областях энергий. Так, если в области энергий ниже 18 МэВ сравниваемые сечения имеют весьма похожую форму, в области больших энергий в сечении [45] по сравнению с сечением [46] проявляется достаточно мощный дополнительный максимум. Близость энергии появления такого расхождения к величине порога реакции As(y,2n) As - 18.2 МэВ, а также близость величины вклада этого дополнительного максимума в сечение реакции 75As(y,xn) к величине сечения реакции As(y,2n) As [45], свидетельствует о том, что подобные расхождения могут быть прямо связаны с процессами регистрации нейтронов с множественностью, отличной от 1, то есть продуктов, прежде всего, именно указанной реакции (у,2п).
Подобные различия в поведении сечений реакций (у,In) в областях энергий налетающих фотонов ниже и выше порога реакции (у,2п) наблюдаются во всех (!) случаях [2] ядер, для которых эксперименты выполнены в обеих лабораториях (Ливермор и Саклэ), что свидетельствует о проявлении систематических погрешностей выполненных экспериментов. Представление о масштабе таких явлений дает анализ числовых данных об интегральных сечениях соответствующих сечений реакций.
В качестве наглядного количественного примера расхождений по абсолютной величине сечений однотипных реакций в Таблице 1 представлены данные [2] Ливермора и Саклэ по интегральным сечениям полной фотонейтронной реакции (у,хп) для 5 ядер.
Данные именно для этих 5 ядер отобраны лишь по соображениям наглядности из-за близости пределов интегрирования Ег1П "макс (эти пределы или равны в Саклэ и Ливерморе, или имеют в Ливерморе большие значения) или самих значений интегральных сечений (подобных примеров имеется [2] очень много, но они - менее наглядны). Приведенные данные свидетельствуют о том, что значения Саклэ превышают соответствующие значения Ливермора более на 6 - 16 % и более (для случая ядра I33Cs отношение близко к 1, однако в этом случае пределы интегрирования различаются более, чем на 5 МэВ).
Значительные расхождения однотипных данных по абсолютной величине были предметом многих исследований. Наиболее детальное из них было выполнено в Ливерморе [47]. Сечения фотонейтронных реакций на ядрах eCTZr, 1271,141Pr, 197Аи и естРЬ, полученные в Ливерморе ранее, были специально с максимально достижимой точностью измерены при энергиях вблизи максимума ГДР именно с целью выяснения возможных причин и способов устранения их расхождений с сечениями Саклэ. Новые данные по абсолютным величинам сечений фотонейтронных реакций для ядер ecTZr, 1271,141Pr, 197Аи и естРЬ детально сравнивались между собой и были использованы для попытки выработать рекомендации по устранению расхождений данных и для других ядер, общим числом 14 (Таблица 2). Следует отметить, что расхождения для некоторых ядер значительно превышали значения, приведенные в Таблице 1 (при этом расхождения сечений Ливермора для ядер 71 и 197Аи, полученных ранее, от соответствующих данных Саклэ были столь большими, что было рекомендовано не использовать их вовсе).
При анализе расхождений, которые самими авторами [47] определяются как «ощутимые (appreciable)», в качестве возможных причин были названы ошибки (погрешности) процедур определения потока фотонов и эффективности регистрации нейтронов ("...error either in photon flux determination or in the neutron detection efficiency or in both"), использованных в Ливерморе. Тем не менее, в качестве основной рекомендации по устранению обсуждаемых расхождений была рекомендована процедура дополнительной нормировки данных не Ливермора, а Саклэ - умножения сечений, полученных в Саклэ, на специальный фактор F (Таблица 2).
Данные, приведенные в Таблице 2, свидетельствуют о том, что предложенные [47] рекомендации по устранению ощутимых превышений данных Саклэ над данными Ливермора, двойственны и непоследовательны:
Сравнение данных о сечении реакции (у,2п), полученных в экспериментах с квазимоноэнергстическими и тормозными фотонами
Данные по сечениям парциальных реакций ((у,п), (у,2п), (у,3п),...) прямо в эксперименте могут быть получены лишь в КМА-экспериментах, проводимых на линейных ускорителях: с помощью специальных методов образующиеся нейтроны идентифицируются в промежуток между короткими импульсами электронов. В ТИ-экспериментах сечения таких реакций определяются путем расчета по статистической модели их вкладов в непосредственно измеряемое сечение полной фотонейтронной реакции (у,хп) с их последовательным вычитанием. В этой связи детальный анализ соотношений между сечениями таких реакций, полученными в Саклэ и Ливерморе, вызывает особый интерес.
Выше уже неоднократно отмечалось, что хорошо известные [2] данные по сечениям парциальных реакций с вылетом одного, двух и трех нейтронов, полученные в Саклэ и Ливерморе, значительно различаются между собой. Характер этих различий оказывается гораздо более сложным, чем характер различий между сечениями полной фотонейтронной реакции. В отличие от этих последних различия сечений парциальных реакций очевидным образом зависят от энергии налетающих фотонов и не могут быть устранены простой перенормировкой.
Представления о характере этих различий дают Рис 6-8, на которых приводятся типичные для обсуждаемой ситуации данные о сечениях фотонейтронных реакций с вылетом одного и двух нейтронов для ядер 159ТЬ, шТа и 197Аи. Из Рис. 6-8, хорошо видно, что приведенные сечения реакций позволяют четко идентифицировать и систематизировать наблюдаемые систематические расхождения результатов экспериментов, проведенных в Ливерморе и Саклэ, исследуемые и анализируемые в настоящей работе. Основные из обсуждаемых в настоящей работе расхождения сечений реакций по абсолютной величине заключаются в следующем: 1. сечения реакции с испусканием одного нейтрона в области энергий до порога реакции с испусканием двух нейтронов (В(2п)) весьма близки друг к другу по форме, некоторые различия по абсолютной величине (как в случае ядра 181Та) могут быть легко устранены введением простой нормировки; 2. в области энергий выше В(2п) сечения реакций с испусканием как одного, так и двух нейтронов, полученных в Ливерморе и Саклэ, существенно отличаются друг от друга не только по форме, но и по абсолютной величине: абсолютные величины сечений реакции с образованием одного нейтрона, полученных в Саклэ, оказываются заметно больше соответствующих значений, полученных в Ливерморе; абсолютные величины сечений реакции с образованием двух нейтронов, полученных в Саклэ, оказываются заметно меньше соответствующих значений, полученных в Ливерморе.
Как отмечалось выше, расхождения такого типа были обнаружены сразу же после опубликования однотипных данных, полученных в экспериментах, выполненных в обеих лабораториях (Ливермор и Саклэ). В работе [6] такие расхождения данных по сечениям парциальных реакций (у,п) и (у,2п) были идентифицированы при совместном анализе данных по обеим реакциям для 12 ядер (89Y, 1I5In, ll7-»W.l24sn, 133Cs, I59Tb, 1б5Но, 181Та, Au, Pb). На основании полной базы данных по ядерным реакциям [30] эта информация была затем в значительной степени пересмотрена и уточнена [8 - 11]: дополнительно были получены аналогичные данные ещё для 7 ядер - 51V, 75As, 90Zr, 116Sn, I27I, 232Th, 238U. Числовые данные об интегральных сечениях реакций, определенные [9 -11] в одинаковых энергетических областях, для обеих обсуждаемых реакций и всех перечисленных выше ядер приведены в Таблице 3.
Следует отметить, что реакцию (у,п) более корректно было бы обозначать (у,In): именно в этом случае для каждого конкретного ядра-мишени точно определяется конечное ядро. Традиционное обозначение (у,п) по существу обозначает сумму реакций [(у,п) + (у,пр)], приводящих к различным конечным ядрам. В связи с тем, что в упомянутых работах [2, 6, 8 - 11] используется обозначение (у,п), оно же будет использоваться дальше и в настоящей работе.
Из данных Таблицы 3 ясно видно, что, в то время как величины интегральных сечений полной фотонейтронной реакции (у,хп), полученные в Саклэ, на 6 - 15 % превышают величины, полученные в Ливерморе (в соответствии с данными полной систематики (Рис. 3) и Таблицы 2), величины интегральных сечений парциальных реакций соотносятся между собой существенно иначе. В то время как для реакции (у,п) данные Саклэ заметно превышают данные Ливермора, для реакции (у,2п) наблюдается обратное соотношение. Так, например, для ядра 159Tb Rwt(xn) = 1.06, но при этом интегральное сечение реакции (у,п) оказывается в Саклэ больше, чем в Ливерморе на 37 % (Rint(n) = 1.37 (1936/1413)), а интегральное сечение реакции (у,2п) - в Ливерморе больше, чем в Саклэ, на 47 % (Rint(2n) = 1.47(887/605))!
Поскольку реакции (у,п) и (у,2п) связаны (12), определение сечения одной из них с большой систематической погрешностью неизбежно приводит и к значительной систематической погрешности в сечении другой реакции. Очевидно также, что занижение абсолютного значения сечения реакции (у,п) приводит к завышению абсолютного значения сечения реакции (у,2п) и, соответственно, наоборот. Предварительный анализ их соотношений был проведен в работах [48 - 50]
Соотношение прямых и статистических распадов в нейтронном канале распада ГДР
Необходимость разделения вкладов, прежде всего, (у,п) и (у,2п) реакций с учетом того обстоятельства, что эффективность процесса регистрации двух частиц равна квадрату эффективности регистрации одной, потребовала создания специальных 4л- нейтронных детекторов, конструкция которых была предназначена для измерения множественности нейтронов. Были разработаны [2] высокоэффективные (40 - 60 %.) детекторы замедляющего "slowing-down" типа, в которых нейтроны, образующиеся в течение короткого времени действия импульса у-квантов ускорителя, замедлялись и регистрировались в период времени между короткими импульсами ускорителя.
В качестве детекторов замедленных фотонейтронов использовались ВРз-счетчики, выполненные в виде длинных трубок и размещенные в парафине или полиэтилене (Ливермор), а также обогащенный гадолинием жидкий сцинтиллятор большого объема (Саклэ).
Определение множественности фотонейтронов с помощью метода кольцевых отношений, применявшегося в Ливсрморе. Высокоэффективная (40 - 60 %) регистрация фотонейтронов на установке в Ливерморе достигалась с помощью детектора, образованного большим количеством газоразрядных ВРз-счетчиков, размещенных внутри специального замедлителя, в качестве которого использовались парафин или полиэтилен.
Для разделения вкладов реакций (у,п), (у,2п) (и (у,3п)) в Ливерморе высокоэффективный нейтронный детектор был построен таким образом, что имелась возможность регистрации замедленных нейтронов на различных расстояниях от мишени. ВРз-счетчики располагались вокруг мишени концентрическими кольцами. Использованный метод кольцевых отношений основан на измерении средней энергии нейтронов и использовании того факта, что отношение числа отсчетов во внутреннем и внешнем кольцах ВРз-счетчиков представляет собой монотонно возрастающую функцию этой средней энергии фотонейтронов. Эффективность регистрации нейтронов различных энергий определяется с помощью калиброванных нейтронных источников.
Таким образом, с использованием кольцевых отношений средние энергии нейтронов и, соответственно, отношения для событий реакций с одним и двумя нейтронами определяются независимо и достаточно точно. Это позволяет с использованием данных об эффективности регистрации нейтронов различных энергий достаточно точно определять сечения парциальных реакций любой (1,2,3) множественности. Метод прецизионной калибровки энергетической зависимости эффективности регистрации нейтронов, применявшийся в Саклэ.
Метод, разработанный в Саклэ, основан на прецизионной калибровке Gd-жидкого сцинтиллятора большого объема с помощью источника Cf. Калибровочная кривая используется для определения области, в которой эффективность регистрации практически не зависит от энергии нейтронов. Хотя опубликованная [2] зависимость эффективности детектора от энергии фотонейтронов фактически ни на одном участке не является константой, было заявлено, что отклонения (существенные) эффективности регистрации от необходимой константы наблюдаются лишь для нейтронов с энергией En 5 МэВ. При этом предполагалось, что энергия фотонейтронов в области гигантского резонанса не превосходит значения Е„ 3 МэВ. Такое предположение недостаточно обоснованно, поскольку известно, что спектры фотонейтронов из реакций (у,п) и (у,2п) продолжаются до значений энергии 10 МэВ. По-видимому, именно с этим обстоятельством связаны некоторые погрешности в определении абсолютных величин сечений этих реакций, которые будут специально рассмотрены ниже при обсуждении систематик данных, полученных разными методами. Более того, опубликованные по методике сведения свидетельствуют о том, что, в то время как эффективность детектора, определенная с помощью источника 252Cf, была близка к 1, в реальных экспериментах система детектирования использовалась в таких временных условиях, что достигалась эффективность всего лишь около 0.6.
Имеется еще один очевидный и весьма важный недостаток процедуры определения множественности фотонейтронов, реализованной в Саклэ, который может иметь решающее значение для расхождения получаемых с ее помощью данных с результатами, полученными в Ливерморе. Дело в том, что весьма высокий фон детектора Саклэ и существенно более плохое, чем в Ливерморе, отношение «сигнал-шум» затрудняют процедуру выделения и вычитания этого фона, а также внесение поправок на случайные совпадения в срабатывании счетчиков. Все это приводит к очевидному завышению определяемой доли событий однонейтронных реакций (у,п) по сравнению с событиями реакций с испусканием двух (трех и более нейтронов).
На основании сказанного, может быть сделан вывод о том, что хотя эффективность детектора в Ливерморе в принципе несколько ниже эффективности детектора в Саклэ, применяемый метод кольцевых отношений в значительной степени это недостаток компенсирует. Кроме того, как отмечалось, в конкретных экспериментах эффективность детектора Саклэ была заметно ниже (по тестировке с помощью нейтронного источника) в принципе максимально достигаемого значения. Все сказанное свидетельствует о том, что в то время как к процедуре определения множественности фотонейтронов, использованной в Ливерморе, отсутствуют сколь-нибудь обоснованные претензии, к процедуре, использованной в Саклэ, претензий имеется достаточно много. Безусловно, что в таких условиях вопрос о том, какая-имешга процедура ошибочна, представляет особый интерес.
В упоминавшейся выше работе [6] КМА-данные для ядра 181Та, полученные в Саклэ и Ливерморе, были проанализированы совместно с результатами исследований [48 - 50] на этом ядре реакций (е,Тп), (е,п) и (е,2п). Поскольку сечения электро- и фоторасщепления ядер могут быть [49, 50] связаны между собой с помощью спектров виртуальных фотонов, имеется возможность по данным для реакции (у,2п) оценить сечение реакции и (е,2п). Экспериментальное сечение [49] реакции шТа(е,2п) было получено с использованием очевидного соотношения в котором используются экспериментально определенные а(е,хп) и а(е,п). Сечение а(е,п) измерялось дважды - с определением множественности нейтронов сті(е,п) и использованием метода наведенной активности (распад ядра шТа, 93.3 кэВ, Ge-Li детектор) о"2(е,п), для их средневзвешенного отношения было получено значение аі(е,п)/аг(е,п) = 1.057 ± 0.023. Близость этого отношения к 1 означает надежность использованной процедуры определения множественности фотонейтронной реакции. При этом было показано, что сечение ст(е,2п) (17) согласуется с данными, пересчитанными из данных по (у,2п) реакции Ливермора, но не согласуются с соответствующими данными Саклэ: данные Саклэ для сечений реакций (у,2п) оказываются заниженными, тогда как для сечений (у,п) реакций - напротив завышенными.
