Исследование квазиупругого рассеяния протонов низких энергий на ядрах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГХ. ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 539.172.12

Назих Абдель-Хамид Абдель Аэиэ Эль-Нохи

ИССЛЕДОВАНИЕ КВАЗИУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ПРОТОНОВ НИЗКИХ ЭНЕРП4Й НА ЯДРАХ

Специальность 01.04.16 - Физика ядра и элементарных частиц

Автореферат

диссертации на соискание ученЪй степени кандидата физико-математических наук

Ленинград 1990

у

}

/ / .

Работа выполнена в Научно-исследовательском Институте физики Ленинградского государственного университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация :

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник о.м.КНЯЗЬКОВ

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник В.Е.БУНАКОВ

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Г.А.ФЕСШЛОВ

Физико-технический институт им.А.Ф.ИОФФЕ, Ленинград

Защита состоится __г. в _-££___ час. н

заседании Специализированного совета Д 063.57.14 по защите л сертаций на соискание ученой степени доктора физико-математу ческих наук при Ленинградском государственном университете г адресу: 199164, Ленинград, Университетская наб., д.7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГУ. Автореферат разослан __1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

О.В.Чубинский-Надежди!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность те.та

Исследование зарядово-обкешапс "Суждений в ядрах является вакным источником информации о свойствах ядерной структуры и изовекторного нуклон-ядерного взаимодействия. В качестве наиболее прямого метода такого исследования широко используется анализ зарядово-обменных реакций (р,п) ОНе»^) и др. К настоящему времени наиболее полная информация по сечениям в широком энергетическом диапазоне и для большой области изменения массового числа получена для реакции (р,гг). Специфическим каналом этой реакции является канал квазиупругого рассеяния протонов, т.е. процесс возбуждения изобар-аналоговых состояний (НАС) основного состояния ядра-кишени. В макроскопическом подходе к описании ядерных реакций анализ таких процессов проводится в рамках модели Лейна. Дальнейшее развитие эта модель получила при описании возбуждения ИАС как основного, так и возбугденных состояний ядра-мишени в реакции (р,п.). В ряде случаев отмечалась ваотая роль многоступенчатых процессов в квазиупругои рассеянии протонов низких энергий на ядрах. Эти процессы учитываются 3 рамках стандартной коллективной модели сильной связи каналоз рассеяния. И макроскопической модели Лейна, и .методу связанных каналов присущ ряд недостатков:, больное число свободных подгоночных параметров, отсутствие связи с полушкроскопическиш ядерными моделями, неучет обменных нуклон-нуклонных корреляций, обусловленных действием принципа Паули, и др.

В полушнроскопической фолдашг-модели (методе свертки) оптические потенциалы, формфакторы неупругих и квазиупругих переходов строятся на основе инфорнацпи об эффективных нуклон-нуклонных силах, плотности распределения вещества в ядре и переходных плотностях. Такой подход дает возможность сократить число свободных подгоночных псрамзтроз а анализе экспериментальных данных по рассеянию,- а таете извлекать информации о параметрах аффективных сил п распределении вещества в Ядрах. Однако применение фолдвдг-модзлл к спясшга квазиупругого рассеяния протонов на ядрах было ограничено

лишь анализом возбуждения в реакции (р,п) ИАС только основного состояния ядра-мишени. Кроме того в этой модели не учитываются обменные нуклон-нуклонные корреляции, играющие существенную роль во взаимодействии нуклонов низких энергий с ядрами. Эти корреляции могут быть учтены в рамках полу-ылкроскопического подхода (ПШ1) на основе формализма матрицы плотности. ГШП нашел широкое применение в анализе экспериментальных данных по упругому и неупругому рассеянию нуклонов, оС-частиц и тяжелых ионов на ядрах. Б силу вышеизложенного-представляется актуальный использование Ш.'Л для описания процессов квазиупругого рассеяния протонов низких энергий на ядрах.

Важными характеристиками оптических потенциалов и форм-факторов переходов являются интегральные характеристики: объемные интегралы, моменты, среднеквадратичные радиусы и др. Для анализа экспериментальных данных по рассеянию существенным является Еопрос о вкладе в интегральные характеристики и соотношения между ними нуклон-нуклонных корреляций. До сих пор этот вопрос для изовекторных переходов не рассматривался, поэтому представляется актуальным его изучение в связи с описанием квазиупругого рассеяния протонов низких энергий на ядрах.

Цель работы

1. Развитие на основе полумикроскопического подхода к описанию взаимодействия нуклонов низких энергий с ядрами единой расчетной схемы для вычисления сечений квазиупругого рассеяния протонов на ядрах.

2. Применение развитой расчетной схемы к анализу угловых распределений нейтронов а реакции (р,г„) с возбуждением ИАС как основного, так и возбужденных состояний ядра-мишени и изучение в связи с этим анализом:

а)1изовекторных компонент эффективных нуклон-нуклонных сил;

б) роли обменных нуклон-нуклонных корреляций;

в) различий в параметрах протонного и нейтронного рас-■ прс.цолений. -

3. Исследование вклада обменных нуклон-нуклонных корреляций в интегральные характеристики изовекторных переходов.

Научная новизна и практическая ценность

Впервые полумикроскопический подход к описанию взаимодействия нуштонов низких энергий с ядрами, в рамках которого оптические потенциалы и формЬакторы переходов строятся на основе эффективных нуклон-нуклонных сил и учета обменных корреляций в формалисте матрицы плотности, применен к анализу большой совокупности экспериментальных данных по квазиупругому рассеянию протонов с возбуждением ПАС как основного, так и возбужденных состояний ядра-мишени. Проанализировано влияние выбора эффективных сил, учета обменных корреляций и различий в распределении протонов и нейтронов в ядре-мишени на угловые распределения нейтронов в реакции (р,п.). Исследовано влияние обменных корреляций нз интегральные характеристики изовекторных переходов. Установлена зависимость фор:.»|шкторов квазиупругих переходов (®КП) от энергии.

Развитая расчетная схема мотает быть использована для анализа экспериментальных данных по квасиупругому рассеянию протонов низких энергий на ядрах. 3 рзмках нее возмогла апробация нейтронных компонент переходных плотностей, построенных в рамках полумлкроскопических ядерных моделей. Развитый подход может быть базисным для анализа ступенчатых процессов, а также квазиупругого рассеяния составных частиц на ядрах.

Апробация работы

Основные результаты, полученные в диссертация, докладывались на Рабочем совещании "Рассеяние, реакции, переходы в квантовых системах и методы симметрии" (Обнинск, 1989), на семинаре "Ядерные реакции при низких и прсг/еяуточных энергиях" (Дубна, 1990), были представлены на XI Совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Ленинград, 1990).

Публикации

По результатам диссертации опубликовано 3 работы.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 73 наименований. Общий объем.диссертации составляет Ь9 страниц, включая 18 рисунков и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткую характеристику основных подходов к описанию квазиупругого рассеяния протонов низких энергий на ядрах. Обосновывается актуальность применения полумикроскопического подхода к анализу зарядово-обменных реакций (р,а). Дается краткое изложение основных целей работы, описание структуры диссертации по главам.

Первая глава носит обзорный характер. В разделах 1.1 и 1.2 излагается модель Лейно и ее обобщение на случай деформированных ядер. В этой модели зарядово-обменное взаимодействие комплексно и для сечения возбуждения НАС основного и возбужденного состояния ядра-мишени выражается, соответственно, по формулам:

ЧЛг) =[г(Ы-2)'%]-[^к<г)НЧаг^ма>] (I)

В формулах (I) и (2) ^(г) - радиальный формфактор изобар-спинового потенциала, .д - переданный я,иру-остатку момент,

^а - параметр иковекторной деформации потенциала. В разделе 1.2 приводятся основные результаты микроскопического анализа квазиупругого рассеяния протонов низких он':ргий на ядрах. Фолдинг-модоль рассматривается • раздел* 1.3. Отмечается, что в этой модели '¡ЖИ строятся нп оснорс орг^'пиш оС гффектиынх нуклон-нуклоннмх силпх и рп.-ш>\»,>-.жч ни в-'%ч;т'»

в ядре. Приводятся результаты анализа величины изовекторной компоненты эффективных сил и различий в распределении протонов и нейтронов в ядрах. В заключение раздела 1.3 дается краткая характеристика микроскопического метода искаженных волн.

Вторая глава посвящена построению изовекторного нуклон-ядерного взаимодействия в рамках ШШ и изучению свойств ФКП. 3 разделе 2.1 приводятся основные соотношения ПМП. Оптические потенциалы и формфакторы неупругих переходов в ПУЛ по-тучены в замкнутой форме на основе учета обменных нуклон-уклонных корреляций, обусловленных действием принципа Пау-ш, в формализме матрицы плотности. Для матрицы плотности

р(ГлГ') используется слейтеровское приближение, а для пе~ •входных плотностей - стандартная коллективная модель. В ■азделе 2.2 на основе соотношений ГШ строится изовекторное уклон-ядерное взаимодействие. ФКП содержат как интегралы вертки, так и обменные интегралы: ■—, оо

о

формуле (3) 1=0 относится к изоскалярным величинам,

ь = I — 1с изовекторным; р. Аоо(г,э) - Л—компоненты 1трицы плотности р(г,г') , » - обменные

мпоненты эффективных нуклон-нуклонных сил; ~

юрическая функция Бесселя. Импульс К0(|") определяется рмулой:

к'(г) = (2тД2)[Е-и0В0Сг)] (4)

X)

зсь ио>0 (г) - изоскалярная часть потенциала свертки. В зделе 2.3 обсуждается выбор эффективных нуклон-нуклонных I и обосновывается использование в дальнейшем взаимодей-зия Вильдермута-Ц&шда и Рида-Эллиота МЗУ-взаимодействил). 1лиз ФК11 проводится в разделе 2.4. Представлены результа-вычислений для ядер Ге и Исследовано влияние

выбора эффективных сил и учета обменные корреляций на свойства ФКП. Установлено, что вклад этих корреляций обусловливает от 45» до 70% энергетической зависимости изобарспиново-го потенциала.. Приводятся результаты расчета 1ЖП также с учетом обменных корреляций в приближении псевдопотенциала нулевого радиуса действия.

Третья глапя поевлцена применению формализма, развитого во второй главе, к анализу экспериментальных данных по квазиупругому рассеянии протонов низких энергий на ядрах. В разделе 3.1 дается характеристика экспериментальных данных, отобранных для анализа. Эти данные приведены в таблице:

Реакция

26

'Щ(р,п)26АС

55ГеС Р,Ю56Со 531ч/{(р.Ю53Сц 56Мо(р,Ю9€Тс 1,25п.(р,п)1,г8Ь "б2а (р,г0116ЗЬ 124Бгг (р,пУ2'15Ь а8РЬ (р,Ю2мВ1 гиРЬ (р,Л

ЕР,

¡¿эВ 1ЬЪ !«эВ

22. В 5.01 1.8

22.Ь 8.93 0.84

35.0 В.93 0.84

35.0 ^9.55 1.45

22.В 12.1 0.78

35.3 13.86 -

35.3 13.54 -

35.3 13.41 -

25.8 18.62 -

35.0 18.82 -

45.0 18.82 -

Можно видеть, что в пяти случаях имеются данные для переданного момента 1= 0 и Л= 2. Анализ возбуждения ИАС возбужденного состояния ядра-м.Еиени позволяет извлекать информацию об изовекторной квадрупольной деформации. Всего анализу подвергается 16 угловых распределений нейтронов.

В разделе 3.2 излагается схема анализа экспериментальных данных. Зарядово-обменные взаимодействия для Л = 0 и IX = 2 имеют, соответственно, вид:

Чп,о«-[2(N-?)7A]'CVr)+ aiáb(r)dr 1 (5>'

(6) ' '

В отличие ит (I) з выражении (S) U1;C(r) - не заданная функция с параметрами, а величина, вычисляемая на основа ГОЯ по специально созданной программе EXCH4NGE , которая в качества подпрогрсгсю включает стеидарт1!ую прогрыз T0LDING- • Аналогично, в выражении (б) U,2(r) но есть производная от заданной функции, а вычисляется на основе ¡!;,'П. Учет обменных корреляций осуществляется с потерю вычислений обменных интегралов (3). Для получения дифференциаль-iiííx сечений реакции (р,»г) используется программа DWL/CK в режиме работы с снсаяшм формфактором. В этом >ке разделе обсуждаются выбор протонных и нейтронных оптических потенциалов и параметризация плотности распределения вещества в ядрах и переходных плотностей, а так:::е млимого формфактора. Результаты вычислений и анализа экспериментальных донных представлены в разделе 3.3. Для всех случаев и-.- рпнведенной . выше таблицы расчеты проведены з плти вариантах: со взаимодействием Ви.~ьдермута-щ;ида и Рида-Эллиота с учетом обмена и без обмена, а также с учетом обмена в приближении псевдопотенциала. Пред ставлены так-хе результаты расчета в макроскопическом подходе. Показано, tiro ПАЛ описывает экспериментальные данные не ху-т.е, чем макроскопический подход, содер-•íctíí! на несколько свободных подгоночшлс параметров больыо. Представлены результаты сычисле!'-':"', иллюсгрпрукдне роль обмените нуклон-нукленных корреляций в квазиудругом рассотпш про .ок^б ! ..зких энергия га ядра:;. Пригодится анализ губора Wj на гели«:;:— счепий. Из анализа г?ей совокупности зке-пер''"емтпльных .гуных и?глепеиы значения параметров W u/ji'.MimiiíHT псг".г';г;лфо::1-!* зффектИЕнш сил), W, н ^ 2 .

В разделе 3.4 исследуется влияние различий в параметрах протонного и нейтронного распределений на сечения возбуждения ИАС основного состояния ядра-мишени. Приведены результ! ты расчета для ядра-мйшени ^Зл . На основе стандартных соотношений получено следующее выражение для отношения

Рпг/Ррг :

^ / %г = %.г/К.г + %л!?тЛ) (7)

Здесь > Ррг ~ соответственно, параметры квадру-

польной деформации нейтронного и протонного распределений; ?ет,г ~ параметр квадрупольной деформации, извлекаемый и. процессов с электромагнитным взаимодействием. На основе да' ных, полученных в разделе 3.3, и с использованием формулы (7) проведен анализ отношения Риг/Рр2 Для ядер-мишеней 53 № и 9ЬМо.

Глава четвертая посвящена исследованию интегральных х рактеристик изовекторных переходов. Рассматриваются объемн интегралы ^ , моменты и среднеквадратичные радиус

<г,»>™. В разделе 4.1 приводятся определения для интегральных характеристик, вводятся также нормированные ыультиполь ные моменты и их отношение для изовекторных компонент распределения вещества и потенциала. Кратко излагается схема расчета интегральных характеристик в ПМП. В разделе 4.2 представлены результаты вычислений интегральных характерис тик для изотопов ^КГ! , и при различных знерг

ях. Исследуется зависимость , и от энер

гаи. В первом приближении установлено линейное спадание ве , Личины с ростом энергии. Исследуется вклад обмен-

ных нуклон-нуклонных корреляций в интегральные характеристики и в отношение нормированных мультипольных моментов.

В заключении перечислены основные результаты и выводы полученные в диссертации:

1. На основе полумикроскопического подхода к описанию взаимодействия нуклонов низких энергий с ядрами развита единая расчетная схема для анализа процессов возбуждения НАС основного и возбужденного состояний ядра-мишени в заря-дово-обменной реакции (р,/г).

2. На основе эффективных нуклон-нуклонных сил и учета обменных корреляций, обусловленных действием принципа Паули, в формализме матрицы плотности построены формфакторы квазиупругих переходов, исследована зависимость ФК11 от энергии.

3. Проведен анализ угловых распределений нейтронов из реакций № , яГе (р,Юа Со , БгМ; (р,п)яСч , 5ЬМо(р,ю96Тс .'"Бп (р,п)ш БЬ ,1152(г (р,п)11еБЬ ,

1г4Ба. 5Ь , и ^'РЬ [р,п)т В1 для энергий протонов

в интервале от 22.8 МэВ до 45.0 МэВ, в целом, получено успешное описание экспериментальных данных.

4. Проанализировано влияние различию: факторов: выбора эффективных нуклон-нуклонных сил, учета обменных корреляций, включения мнимого формфактора - на сечения возбуждения ИАС основного и возбужденного состояний ядра-мишени, установлена существенная роль эффектов однонуклонного обмена в заря-дово-обменной реакции.

5. Изучено влияние различий в протонном и нейтронном распределении на 4КП и угловые распределения нейтронов из реакции (¡^п), установлено некоторое превышение радиуса нейтронного распределения над радиусом протонного распределения для ядра-мишени ^¡Зп.

6. Из анализа экспериментальных данных извлечены значения параметра игюЕекторпой квадрупольной деформации, на ос~ нор-'? полученной информации установлено различно в параметрах д«|ормг.т»и протонного и нейтронного распределений для ядра-мишени , согласующееся с предсказаниями модели элективного наряда.

7. Развит« ро "••-гноя схема для вычислений интегральных ¡..чрнктсрисгик «гщч'кторш« переходов: объемных интегралов

_ ю -

, моментов и среднеквадратичных радиусов г,

рассчитаны ЧУ , 'q..v" , < г,® >!£ для ядер-мишеней J\ÍL , К, 124Яа. М

6. Исследована зависимость интегральных характеристик от енергии, установлено, что среднеквадратичный радиус изо-барспинового потенциала уменьшается с ростом энергии, показано, что отклонение отношения нормированных мультипольных моментов распределения вещества и потенциала от I при учете обменных корреляций составляет от Ъ% до 9f¡> в зависимости от энергии, ядра-мишени и эффективного взаимодействия.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Князьков O.K., Коложвари A.A., Назих-Эль-Нохи. Эффективные нуклон-нуклонные силы и квазиупругое рассеяние протонов на ядрах// Тезисы докладов XL Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Л.: Наука.-1990,- С.410.

2. Князьков О.М., Коложвари A.A., Назих Эль-Нохи. Эффективные нуклон-нуклонные силы и квазиупругое рассеяние протонов на ядрах// Вестник ЛГУ, сер.физ.-химия.-1990.- Вып.2.- С.22-27.

3. Гаврилова H.H.., Князьков О.М., Коложвари A.A., Назих Эль-Нохи. Обменные эффекты и возбуждение изобаранало-говых состояний в (р,п.) реакции при низких энергиях// Тезисы дои адов XL Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра,- Л.: Наука. - 1990.- С.280.

Подписано к печати 30.10.90. Заказ 0811.

Формат 00x84/10. Объем 0.7S п.л. Тираж. lOO. Бесплатно.

Ломоносовская типография Ленуприздатп 1ВЭ510, г. Ломоносов, пр. Юного .ленинца, 9.