Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОПИСАНИЮ ДЕЛЕНИЯ АТОМНЫХ ЯДЕР 10
1.1. Общие теоретические представления о спонтанном и низкоэнергетическом индуцированном двойном делении ядер 10
1.2. Квантовая теория спонтанного и низкоэнергетического вынужденного двойного деления ядер 22
1.3. Общие теоретические представления о тройном делении ядер 39
1.3.1. Квантовая теория спонтанного и низкоэнергетического
вынужденного тройного деления ядер 43
1.3.2. Т-нечетные асимметрии в тройном делении ядер 52
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ДВОЙНОГО ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР С УЧЕТОМ СИЛЬНОЙ СВЯЗИ КАНАЛОВ ДЕЛЕНИЯ И СПОНТАННОЕ ДЕЛЕНИЕ ВЫСТРОЕННЫХ ЯДЕР 61
2.1. Описание двойного деления ядер с учетом сильной связи каналов деления 61
2.2. Описание спонтанного деления выстроенных ядер 71
ГЛАВА 3. УГЛОВЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ ПОДПОРОГОВОГО ФОТОДЕЛЕНИЯ ЯДЕР 81
3.1. Анализ УРФ подпорогового фотоделения ядер неполяризованныыи фотонами 84
3.2. «Изомерный шельф» в УРФ подпорогового фотоделения ядер 96
ГЛАВА 4. КВАНТОВОЕ ОПИСАНИЕ ТРОЙНОГО ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР 98
4.1. Описание угловых и энергетических распределений продуктов тройного деления с учетом сильной связи делительных каналов 98
4.2. Структура потенциала кулоновского взаимодействия а -частицы с фрагментами тройного деления. Угловые и энергетические распределения третьих частиц в тройном делении неполяризованных ядер 99
4.3. Т-нечетные асимметрии для тройного деления ядер с вылетом частиц, обладающих ненулевым спином 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 113
- Общие теоретические представления о спонтанном и низкоэнергетическом индуцированном двойном делении ядер
- Описание двойного деления ядер с учетом сильной связи каналов деления
- Анализ УРФ подпорогового фотоделения ядер неполяризованныыи фотонами
- Описание угловых и энергетических распределений продуктов тройного деления с учетом сильной связи делительных каналов
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Исследование явления деления атомных ядер является весьма актуальной задачей в связи с проведением в настоящее время интенсивных экспериментальных исследований этого явления в ведущих ядерно-физических центрах Европы, США и России. В этих исследованиях сравнительно недавно детально изучен новый вид деления атомных ядер - четверное деление. Продолжается исследование Р-четных, Р-нечетных и недавно открытых Т-нечетных корреляций для продуктов двойного и тройного деления ядер. В настоящее время ведется интенсивный поиск выходов нейтронов, формируемых до разрыва делящегося ядра на фрагменты деления. Близок к завершению эксперимент по измерению угловых распределений фрагментов (УРФ) спонтанного деления выстроенных в сильных магнитных полях при сверхнизких температурах нечетных ядер, позволяющий получить уникальную информацию о поведении делящегося ядра в момент разрыва. Вместе с тем, широко используемая в настоящее время теория деления ядер носит в основном макроскопический характер, апеллирующий к гидродинамическим (капельная модель ядра с учетом квантовых поправок) и термодинамическим (распределение Гиб-бса) свойствам ядер, и не имеет последовательного квантовомеханического звучания. Развиваемая, начиная с 2002 года, квантовая теория деления, в которой естественным образом вводятся волновые функции делящегося ядра и продуктов деления, амплитуды парциальных делительных ширин и делительные фазы, зависящие от спинов, относительных орбитальных моментов и внутренних состояний продуктов деления при строгом учете закона сохранения полного спина делящегося ядра, дает основу для последовательного понимания как существующих экспериментальных данных по делению ядер, так и прогнозирования новых свойств. В связи с этим исследование физических закономерностей двойного и тройного деления в рамках квантовой теории деления представляет большой интерес.
Тема диссертации входит в план научно-исследовательских работ Воронежского госуниверситета и поддержана грантами РФФИ (№03-02-17469, № 06-02-16853а), «Университеты России» (УР-01.01.011), INTAS (№99-00229, № 03-51-6417) и фондом «Династия».
Цель работы: описание двойного и тройного деления ядер в рамках квантовой
теории деления.
Для реализации этой цели в работе рассматриваются следующие задачи:
разработка метода расчета радиальных формфакторов, описывающих потенциальное рассеяние продуктов деления, амплитуд парциальных делительных ширин и делительных фаз с учетом сильной связи делительных каналов;
анализ УРФ двойного спонтанного деления ориентированных внешним магнитным полем при сверхнизких температурах нечетных ядер для всех возможных значений проекций К спина J делящегося ядра на его ось симметрии;
описание УРФ подпорогового фотоделения четно-четных ядер-актинидов и определение максимального значения относительных орбитальных моментов фрагментов деления;
исследование угловых распределений третьих частиц в тройном делении не-поляризованных ядер, а также Т-нечетных асимметрий в угловых распределениях продуктов тройного деления ядер поляризованными холодными нейтронами в случае вылета третьих частиц, обладающих ненулевым значением собственного спина.
Научная новизна работы
В рамках квантовой теории деления впервые
предложен новый алгоритм расчета радиальных формфакторов, описывающих потенциальное рассеяние продуктов деления, амплитуд парциальных делительных ширин и делительных фаз с учетом сильной связи каналов двойного и тройного деления ядер;
рассчитаны УРФ выстроенных в сильных магнитных полях при сверхнизких
температурах спонтанно делящихся ядер Es и Fm;
проведен анализ УРФ подпорогового фотоделения группы четно-четных ядер-актинидов и при учете отклонений указанных распределений от предсказаний формулы О. Бора получена оценка максимального значения относительных орбитальных моментов фрагментов деления;
построены формулы для угловых распределений продуктов тройного деления неполяризованных ядер при учете явной структуры потенциалов взаимодействия указанных продуктов, что позволило определить значения орбитальных моментов третьей частицы. Показано, что Т-нечетные асимметрии в угловых распределениях продуктов тройного деления ядер поляризованными холодными нейтронами не зависят от значения собственного спина третьих частиц и определяются только Кориолисовым взаимодействием орбитального момента третьей частицы со спином делящегося ядра.
Научная и практическая значимость работы
Полученные результаты могут быть использованы специалистами ведущих ядерных центров России и зарубежных стран при исследовании различных сторон физики деления атомных ядер. Результаты диссертации могут быть использованы при чтении специальных курсов в вузах, ведущих подготовку специалистов по ядерной физике и ядерным технологиям.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
1) Метод расчета радиальных формфакторов, описывающих потенциальное
рассеяние фрагментов двойного деления, амплитуд парциальных делительных
ширин и делительных фаз с учетом сильной связи каналов, обусловленной не
сферичностью кулоновского и ядерного потенциалов взаимодействия фрагмен
тов двойного деления.
2) Построение в рамках квантовой теории деления УРФ спонтанного деления
ориентированных внешним магнитным полем при сверхнизких температурах
нечетных ядер Es и Fm. Демонстрация высокой чувствительности указанных УРФ к значениям проекций К спина делящего ядра на его ось симметрии, что позволяет при сравнении рассчитанных УРФ с экспериментальными ответить на вопрос о сохранении проекции К в процессе деления, и, как следствие, оценить температуру делящегося ядра в момент его разрыва. Исследование отклонения УРФ от предсказаний формулы О. Бора и определение значения максимальных относительных орбитальных моментов фрагментов деления при достижении в эксперименте достаточно высокой статистической точности.
3) Оценка максимального значения относительных орбитальных моментов
фрагментов деления, полученная при анализе УРФ подпорогового фотоделения
группы четно-четных ядер-актинидов в диапазоне энергий 4,8-7 МэВ в рамках
квантовой теории деления. Подтверждение существования «изомерного шель-
фа» для УРФ фотоделения U и U в низкоэнергетической области.
4) Построение угловых распределений продуктов тройного деления в рамках
квантовой теории деления с учетом сильной связи каналов, обусловленной не
сферичностью потенциалов взаимодействия указанных продуктов. Доказатель
ство того, что Т-нечетные асимметрии в угловых распределениях продуктов
тройного деления ядер поляризованными холодными нейтронами не зависят от
собственного спина третьих частиц и определяются Кориолисовым взаимодей
ствием орбитального момента третьей частицы со спином делящегося ядра.
Личный вклад соискателя. Все основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично. Постановка задачи и результаты обсуждались совместно с научным руководителем.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований докладывались на 53-56 Международных совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра «ЯДРО-2003», 2003 г. Санкт-Петербург; «ЯДРО-2004» Белгород, 2004 г.; «ЯДРО-2006» г. Саров; 55 National conference on nuclear physics «Frontiers in the physics of nucleus», Saint-Petersburg, 2005; 13th and 14th International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei, Dubna, 2005, 2006.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей в реферируемых изданиях и 9 тезисов докладов на международных и российских конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 109 наименований. Работа содержит 122 страницы печатного текста, 15 рисунков и 5 таблиц.
Общие теоретические представления о спонтанном и низкоэнергетическом индуцированном двойном делении ядер
Суть процесса деления атомных ядер состоит в развале ядра на два осколка с примерно равными зарядами и массами (реже на три или четыре осколка). Деление ядра может происходить самопроизвольно - спонтанное деление, или быть вызвано воздействием различных видов излучений и частиц - вынужденное деление. Явление вынужденного деления ядер урана тепловыми нейтронами было открыто в 1939 году О. Ганном и Ф. Штрассманом [1], которые обнаружили, что после облучения нейтронами в ядре U возникает радиоактивность не с одним, а со многими периодами полураспада. В 1940 году Г.Н. Флеров и К.А. Петржак открыли явление спонтанного деления атомных ядер [2]. Оказалось, что некоторые тяжелые ядра могут самопроизвольно делиться на два осколка с выходом нейтронов и выделением энергии без внешнего воздействия, Л. Мейтнер и О. Фриш [16] качественно объяснили основные черты низкоэнергетического деления, взяв за основу идею Н. Бора о поведении ядра как жидкой капли [17]. При вынужденном делении ядер сталкивающаяся частица и ядро образуют систему, которая существует, не распадаясь в течение времени, значительно превышающего характерные ядерные времена, и названную Н. Бором составным ядром. Позднее Н. Бор и Дж. Уиллер [18], и независимо от них Я.И. Френкель [19], представили более детальную картину деления, которая хорошо интерпретировала экспериментальные данные, известные в те годы. Их описание стало основой капельной модели деления и позволило рассчитать потенциалы деформации, барьеры деления и делительные ширины ядер. Также в капельной модели деления при использовании представлений статистической физики были исследованы массовые и зарядовые распределения фрагментов деления и вероятности выхода мгновенных и задержанных нейтронов деления, В этом подходе деление связано с процессом изменения формы ядра: из сферического оно переходит сначала в вытянутый сфероид, у которого затем образуется шейка с возникновением гантелеобразной формы ядра, в дальнейшем шейка рвется, и образуются первичные фрагменты деления.
Описание двойного деления ядер с учетом сильной связи каналов деления
Формулы для расчета парциальных делительных ширин, делительных фаз, УРФ двойного деления, приведенные в Главе 1, были построены без учета сильной связи делительных каналов, которая обусловлена сильной несферичностью потенциала взаимодействия фрагментов двойного деления. В работах [9, 11] было проведено обобщение формул (1.22), (1.23) с учетом сильной связи каналов. В работах [74-76] был детально исследован формализм описания амплитуд парциальных делительных ширин и УРФ двойного деления и разработан алгоритм расчета радиальных формфакто-ров, описывающих потенциальное рассеяние фрагментов деления, с учетом указанной связи каналов.
Анализ УРФ подпорогового фотоделения ядер неполяризованныыи фотонами
В работах [79,85,86] в рамках квантовой теории деления было предложено описание УРФ подпорогового фотоделения четно-четных ядер-актинидов и проведена оценка максимального значения относительных орбитальных моментов фрагментов деления Lm.
Процесс индуцированного определенными частицами (п,а,/,...) деления ядер идет через стадию образования составного ядра [21] со спином J и его проекцией М на ось Z л.с, которая выбирается по направлению падающего пучка. В этом случае дифференциальное сечение испускания фрагментов двойного деления ядер представляется в виде:
Описание угловых и энергетических распределений продуктов тройного деления с учетом сильной связи делительных каналов
Описанный в Главе 1 метод расчета характеристик двойного деления ядер [74] с учетом сильной связи каналов деления, может быть обобщен на случай тройного деления [102,74]. Использование гиперсферических переменных (1.40) позволяет ввести S-матрицу [68] потенциального упругого и неупругого рассеяния трех продуктов тройного деления [68]. Это дает возможность определить потенциальные делительные фазы 8Ja , амплитуды парциальных делительных ширин Г , а также асимптотику волновой функции ядра, испытывающего тройное деление, формулами (2.17), (2.18), полученными для двойного деления. При этом формфакторы /а-1(р) ДЛЯ тройного деления, зависящие от гиперсферической переменной р, удовлетворяют системе связанных дифференциальных уравнений вида (2.11) с граничными условиями (2.12) с заменой переменной R на р, причем L0 = Z, + / + 2/l + %, и S-матрицы для потенциального рассеяния двух фрагментов двойного деления на S-матрицу потенциального рассеяния продуктов тройного деления. Тогда, преобразуя S-матрицу к диагональному виду с помощью унитаріюй действительной матрицы N (2.7), можно выразить формфакторы fa-a(p) для тройного деления через действительные форм-факторы faZ{p) с помощью формул вида (2.10). Для расчета действительных формфакторов /ау(р) тройного деления можно использовать алгоритм, развитый выше для случая двойного деления. На основе предложенного метода возможен последовательный учет влияния сильной связи делительных каналов при описании парциальных делительных ширин, делительных фаз, угловых и энергетических распределений продуктов тройного деления.
