Введение к работе
Актуальность темы. В изучении реакций глубоконеупругого взаимодействия частиц средних энергий с ядрами обычно выделяют два аспекта, две стадии протекания процесса, характеризующиеся как различной физической основой, так и временами, за которые они осуществляются. Первая, быстрая стадия внутриядерного каскада приводит к образованию высоковозбужденных остаточных ядер, которые распадаются на второй, более медленной стадии девозбуждения ядер. Принципиальный характер такой физической картины процесса глубоконеупругого взаимодействия частиц средних энергий с ядрами достаточно хорошо обоснован как с теоретической, так и с экспериментальной точек зрения.
Успешное описание быстрой стадии взаимодействия нуклонов с ядрами моделью внутриядерных каскадов, обусловило непрерывное развитие модели с обобщением ее на случай взаимодействия фотонов, пионов її антипротонов с ядрами. В то же время описание процесса девозбуждения высоковозбужденных остаточных ядер, образующихся в результате таких взаимодействий, к настоящему времени стало недостаточно адекватным как тому уровню теоретического понимания особенностей протекания процесса девозбуждения и деления, так и появившимся новым экспериментальным данным.
Спецификой ядерных реакций с частицами средних энергий является образование ансамбля ядер-остатков, характеризующихся широким распределением по энергии возбуждения. Вместе с тем, в ансамбле горячих ядер всегда присутствует определенная доля низковозбужденных ядер. К тому же при эмиссии частиц из ядра-остатка на различных ступенях испарительного каскада образуются промежуточные ядра с энергией возбуждения, изменяющейся от начальной величины вплоть до энергии связи нейтрона. Поэтому для анализа данных по делению ядер частицами средних энергий необходимо иметь испарительную модель, способную корректно описывать распад ядер в широком диапазоне энергий
возбуадения от нескольких МэВ до нескольких сотен МэВ. Очевидно, что данный подход должен обладать возможностью учета оболочечных эффектов в плотности уровней возбужденных ядер и правильно описывать процесс затухания этих эффектов с ростом энергии возбуждения.
Процесс девозбуждения остаточных ядер, образующихся после завершения начальной, быстрой стадии взаимодействия частиц средних энергий с ядром, представляет собой испарительный каскад, в ходе которого возбужденное составное ядро испускает нуклоны, легкие заряженные частицы, гамма-кванты и подвергается делению. Таким образом, с помощью испарительной модели можно было рассчитывать только вероятность деления в каждом звене испарительной цепочки и полную вероятность деления в ней. В результате этого в рамках комбинированной каскадно-испарительной модели можно было анализировать лишь простейшую интегральную характеристику деления ядер частицами средних энергий - делимость. Процесс образования осколков деления, их свойства и девозбужденме фрагментов оставались за рамками такого подхода.
Развитие экспериментальных методов детектирования осколков деления и создание новых ускорителей позволило существенно продвинуться в области изучения деления ядер частицами средних энергий: расширить число измеряемых характеристик осколков деления и значительно повысить их точность. Так были получены распределения индивидуальных масс осколков, их суммарной массы,' кинетической энергии осколков и полной кинетической энергии в реакциях деления, инициированного частицами средних энергий: протонами с энергией 1 ГэВ (ЛИЯФ), нейтронами с энергией до ~500 МэВ (LAMPF) и антипротонами (LEAR CERN). Причем в последнем случае в эксперименте были также измерены средние множественности пред- и после-разрывных нейтронов, несущих важную информацию о динамике процесса деления.
Столь успешный прогресс в экспериментальном изучении процесса деления ядер, инициированного частицамл средних энергий, вызвал настоятельную необходимость создания соответствующих теоретических методов расчета, способных корректно описывать все стадии этого
сложного, многоступенчатого процесса, включающего в себя широкую временную шкалу от характерного времени быстрой стадии -10" с. делительные времена ~10-:" с, до испарительных времен » Ю-18 с. Деление, сопровождающееся глобальной перестройкой ядерной материи, является медленным процессом и. поэтому, может происходить лишь на испарительной стадии, предоставляя таким образом уникальные возможности для изучения диссипации энергии в глубоконеупругом взаимодействии частиц средних энергий с ядрами и получения новой физической информации об ансамбле возбужденных остаточных ядер.
Цель работы состоит в разработке на основе статистического подхода методов описания деления ядер частицами средних энергий, в применении этих методов для систематического анализа экспериментальных данных и выявления характеристик, чувствительных к деталям рассматриваемых процессов.
Научная новизна данной работы состоит в том, что впервые в
рамках единого подхода был проведен систематический анализ
экспериментальных данных 'по делению ядер частицами средних энергий:
делимости, массово-энергетических распределений - осколков,
множественностей испускаедшх частиц на различных стадиях процесса. Определены характеристики, чувствительные к испарительной стадии и динамике процесса деления.
Практическая ценность работы состоит в том, что развитые теоретические методы способствуют проведению систематических экспериментальных исследований по изучению деления ядер частицами средних энергий. Предложенный подход широко использовался при анализе новых экспериментальных данных, полученных на пучках антипротонов в CERN на LEAR, в экспериментах с нейтронами средних энергий в LAMPF, а также при подготовке планируемых экспериментов на Московской Мезонноп Фабрике. Развитый подход может быть применен при решении проблемы трансмутации радиоактивных отходов.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Создана объединенная статистическая динамическая каскадно-испарителыю-делителшая модель деления ядер частицами средних энергий, последовательно учитывающая все стадии этого процесса: внутриядерный каскад, формирование высоковозбужденных остаточных ядер, испарение из них частиц и последующее деление, формирование массово-энергетического и зарядового распределения первичных фрагментов и завершающую стадию их разлета с испарением частиц из возбужденных осколков деления.
-
В рамках единого подхода впервые получено описание различных характеристик деления ядер частицами средних энергий (нейтронами, протонами, фотонами, антипротонами): делимости, массовых распределений осколков деления, распределения полной массы и полной кинетической энергии, множественности испускаемых частиц, в частности, пред- и после-разрывных нейтронов.
-
Из анализа широкого круга данных по свойствам возбужденных ядер уточнены основные параметры модели и получено подтверждение разрушения оболочечных эффектов с ростом энергии возбуждения.
-
Впервые выполнена оценка роли динамических эффектов в делении ядер антипротонами. В частности, получены эмпирические значения коэффициента ядерной вязкости у ~ 1 и времени спуска с седловой точки до точки разрыва Твс~1,10-2ис.
Апробация работы и публикации. Полученные в диссертации результаты докладывались на научных семинарах ИЯИ РАН, ОИЯИ, Болонского университета, а также на международных конференциях "50-летие исследования ядерного деления" (Берлин, 1989 г.), "Физика промежуточных энергий" (Москва, 1990 г.), "Физика деления ядер" (Обнинск, 1993 г.), "Ядро-ядерные столкновения" (Таормина, 1994 г.) и конференции по ядерной физике (Пекин, 1995 г.). Исследования, по материалам которых была написана диссертация, были проведены в ИЛИ РАН с 1986 по 1996 год. Результаты диссертации опубликованы в 15-ти работах. Список основных публикация приведен в конце реферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации 117 страниц, включая 37 рисунков, 7 таблиц и список литературы, содержащий 110 наименований.
