Измерение и анализ сечений радиационного захвата и пропусканий быстрых нейтронов для изотопов средних и тяжелых элементов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

УДК 539.172.4

ТИМОХОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ

Измерение и анализ сечений радиационного захвата и пропусканий быстрых нейтронов для изотопов средних и тяжелых элементов

01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц,

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна — 1990

Работа выполнена в Физико-энергетическом институте.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник КОНОНОВ в. н.

Официальные доктор физико-математических наук,

оппоненты: старший научный сотрудник

ПОПОВ в. и.

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник ПОПОВ А. Б.

Ведущая организация: Институт атомной энергии

им. И. В. Курчатова, г. Москва.

Защита состоится --19^ года в-^час.

на заседании специализированного совета Д 047.01.05 при Лаборатории нейтронной физики и Лаборатории ядерных реакций Объединенною института ядерных исследований (г. Дубна, Московской области).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

л д. I,„4, Автореферат разослан «--»-------~----

Ученый секретарь специализированного совета

---

ТАРАН Ю. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

В диссертации представлены результаты исследований по совершенствованию методики измерений сечений радиационного захвата; экспериментальные данные по сечениям радиационного захвата, нейтронным пропусканиям и полным сечениям в килоэлектронвольтной области энергий нейтронов для десяти изотопов олова и пяти изотопов вольфрама; результаты анализа этих экспериментальных данных в рамках статистической теории ядерных реакций; теоретические предсказания оптической модели ядра.

Актуальность проблемы. Сечения радиационного захвата и пропускания в широкой области энергий нейтронов для изотопов средних и тя-келых элементов представляют значительный интерес как для изучения структуры высоковозбужденных состояний ядер и механизма ядерных реакций, так и в связи с применением ядерных данных, и в первую очередь нейтронных сечений, в разнообразных прикладных задачах.

В исследуемом энергетическом интервале (от~ 5 'до~ 400кэВ) получаемые в эксперименте нейтронные сечения для изотопов олова и вольфрама являются усредненными по многим резонансам, поэтому для их описания используется статистическая теория ядерных реакций, в которой сечения определяются через средние параметры нейтронных резонансов - полные радиационные ширины, средние расстояния между резонансами, нейтронные и радиационные силовые функции. Экспериментальные данные по этим параметрам получены, главным образом методами нейтронной резонансной спектроскопии и относятся, в основном, к з-нейтронам. Свойства р- и (1-нейтронных резонансов изучены слабо, экспериментальная информация малочисленна и имеет невысокую точность. Изотопы олова расположены в области максимума р-и минимума а- и й-, а изотопы вольфрама, наоборот,- в области максимума з- и а- и миниума р-волновых нейтронных силовых функций. Следовательно, вклады компонентов р- и й-волу с величины соответствующих сечений являются преобладающими, что создает предпосылки достаточно надежного определения р- и <1-нейтронных силовых функций. В свою очередь нейтронные силовые функции и полные сечения о^ связаны с параметрами оптического потенциала, поэтому описание полученных значений и о,. с помощью оптической модели ядра позволяет' не только уточнить параметры оптических потенциалов, но и провести Оолее детальный анализ различных расчетных моделей, таких как сферическая оптическая модель,метод сильной связи каналов, метод связи многих каналов. Радиационные силовые функции

непосредственно связаны с плотностью возбужденных уровней составного ядра, а из нейтронных пропусканий (или о-^) в области низких энергий могут быть получены радиуса потенциального рассеяния, з-нейтронов Р0', экспериментальные данные по которым немногочисленны и пропшоречивы. Полученная изотопическая зависимость оптических потенциалов , нейтронных силовых функций может быть использована в различных расчетно-теоретических оценках,выполнение которых в настоящее время является актуальной задачей.в связи с возрастающими требованиями к точности экспериментальных данных и большими экономическими затратами на их получение. Наконец» сечения радиационного захвата исследуемых изотопов имеют большое применение в ядерной астрофизике для изучения процессов нуклеосинтеза химических элементов, а вольфрам используется также в качестве конструкционного материала в высокотемпературных'реакторах, что требует обширных сведений о сечениях радиационного захвата быстрых нейтронов всех изотопов.

Цель работы.

1. Развитие методики измерения сечений радиационного захвата быстрых нейтронов. •

2. Получение экспериментальных данных по сечециям радиационного захвата, пропусканиям и полным сечениям для десяти изотопов олова и пяти изотопов вольфрама, а также для естественных смесей этих изотопов в кйлоалсктронвольтной области энергий Нейтронов.

3. Анализ этих экспериментальных данных в рамках статистической теории ядерных реакций с целью получения нейтронных и радиационных силовых функций, а такке радиусов потенциального рассеяния' для в-, р- и <3-нейтронов; расчет факторов резонансной самоэкранйровки, используемых для получения полных сечений.

4. Описание полученных в статистическом подходе нейтронных силовых функций и полных сечений по оптической модели ядра.

Новнзна работы. Разработанный метод амплитудного взвешивания применительно к большому жидкостному сцинтилляционному детектору (Б1СД) позволил уменьшить систематическую погрешность результатов измерения сечений захвата до величины¿3.6« .Для БЖСД такие исследования выполнены впервые.

Получены новые экспериментальные результаты по сечениям радиационного захвата, нейтронным пропусканиям и полным сечениям для 15

ядер (43,114.115.1)6.117.,па, 119,120,122.124 1В0,162,163,164 ,

?661!) и двух естественных смесей изотопов (503п, 74Ю в килоэлект-, ронвольтной области энергий нейтронов. Экспериментальные данные по

сечениям радиационного захвата для 114,n5Sn, 180W, а также по полным сечениям для ll2.n5,U7,H9Sn> 1во,i83w получены впервые.

Показано, что совместный анализ экспериментальных данных по сечениям захвата а и пропусканиям Т в рамках статистической теории ядерных реакций позволяет уменьшить (в сравнении с анализом только о- ) корреляции между параметрами и повысить достоверность их извлечения, Таким способом были получены новые результаты по р- и d-нейтронным (Sj S2), 8-, р- и d-радиаиионным (S о^ S „) силовым функциям, а такта з- и р-волновим радиусам потенциального рассеяния R0'K R,',

Получены универсальные (региональные) оптические потенциалы, с помощью которых достигается описание нейтронных силовых функций S0.SltS2 и полных сечений в широкой области энергий нейтронов в рамках сферической оптической модели (СОМ) для изотопов олова и в методе сильной связи каналов (МССК) для изотопов вольфрама. Для описания экспериментальных данных изотопов олова рассмотрены также МССК и метод связи многих каналов (МСМК). Показано, что полумикроскопический подход э МСМК позволяет получить наилучшее описание экспериментальных данных по полным сечениям и дифференциальным

сечениям упругого л неупругого рассеяния в иизкоэнергетической области без введения энергетической зависимости мнимой части оптического потенциала. Такие детальные исследования в МСМК для сферических ядер со слабовырахенными коллективными свойствами низколе-жащих состояний и расположенных в области максимума р-волновых нейтронных силовых функций выполнены впервые.

Научная и практическая ценность работы. Научная ценность работы состоит в исследовании общих закономерностей поведения сечений радиационного захвата быстрых нейтронов, полных сечений, а также силовых функций с различными орбитальными моментами для большого числа изотопов и проведение на их основе теоретических расчетов нейтронных сечений с использованием различных модельных представлений. Для практического применения полученные экспериментальные данные, используемые при решении разнообразных прикладных задач, переданы в международную библиотеку EXFOR центра по ядерным данным. Основные результаты для изотопов олова вошли в файл оценен- _ них данных,созданный в ФЭИ для естественного олова, который вш-чен в библиотеку сечений для международного термоядерного анорге-тического реактора ITER.

г

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Развитие методики амплитудного взвешивания для большого жидкостного сцинтилляционного детектора, позволяющей значительно улучшить точность измерений сечений радиационного захвата,

2. Новые экспериментальные данные по сечениям радиационного захвата в области энергий 20-450 кэВ для десяти изотопов,112,114'115' 116,И7,па.И9.120.122,1243п и естественной смеси олова,

3. Новые экспериментальные данные по пропусканиям и полным сечени- ' ям в области энергий 20-1400 кэВ для десяти изотопов и естественной смеси олова,

4. Новые экспериментальные даннные по сечениям радиационного захвата В иблаСТИ Энергий Б-400 КЭВ ДЛЯ ПЯТИ ИЗОТОПОВ 180'1е2. .183,184, !86'Л' и естественной смеси вольфрама,

5. Новые.экспериментальные данные по пропусканиям и полным сечениям в области энергий Б-1000 кэВ для пяти изотопов и естественной смеси вольфрама,

6. Результат" анализа измеренных сечений захвата и пропусканий в рамках статистической теории ядерных реакций, включающие новые данные по р- и й-нейтронным (Б1,32), в-, р- и й-радиационным (Б

и Б 2) силовым функциям, а также б- и р-волновые радиусы потенциального рассеяния (Н0',й ') и расчеты на ,.х основе нейтронных сечений для различных приложений.

7. Теоретическое олйс&низ полных нейтронных сечений и й- ,р-нейтронных силовых функций в рамках сферической модели, в методе сильной связи каналов и в методе связи многих каналов.

Личный вклад автора,Автор принимал непосредственное участие на всех этапах проводимых исследований от постановки эксперимента до анализа полученных результатов, включая этапы создания методики измерений, проведения измерений, обработки экспериментальных данных, выполнения теоретического аналта. По вопросам, выносимым на защиту и обсуждаемым в дисс.ртации, личный вклад автора является определявшим.

Объем диссертации. Диссертация написана на 179 страницах маашно-писного те..ста, включ&кшх 49 рисунков. 13 таблиц, 13 страниц со 123 ссылками на используемую литературу.

СТРУКТУРА И КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Дйс рт:.ция состоит из введения,пяти глав, заключения и двух пр«.-

ложений, Во введении обосновывается постановка задачи исследований, показана актуальность работы, дается краткое содержание диссертации по главам, перечислены основные положения, выносимые на защиту. В приложениях рассмотрены особенности расчета функции отклика используемого в эксперименте детектора событий захвата методом ЬЬн-те-Карло, а также изложен метод учета'самологлощения у-лучей в исследуемых образцах при измерении сечений захвата. В первой главе диссертации проводится обоснование метода измерения сечений захвата по мгновенным /-лучам и исследуется возможность использования метода амплитудного взвешивания (метода весовой функции) лля большого жидкостного сцинтилляционного детектора (БЖСД) объемом литров,

Основным требованием к детекторам для измерений сечений радиационного захвата нейтронов по мгновенным /-лучам захвата является нечувствительность детектора к спектру и множественности (числу у-квантов в каскаде) у-квантов, испускаемых в результате захвата нейтрона. Одним из способов решения этой проблемы - применение метода амплитудного взвешивания, который для широкого класса детекторов обеспечивает независимость измеряемой характеристики детектора А(у) от формы спектра событий захвата с помощью соответствующей весовой функции т.е.; / А(у)-\У(у) ¿у = В ♦ Еп , где В -энергия связи, ■ Еп - энергия нейтрона. Однако в этом случае необходимо исключить или уменьшить эффект одновременной регистрации детектором нескольких ? - квантов из каскада (эффект суммирования), что накладывает ограничения на размеры детекторов и, соответственно, его эффективность регистрации, которая для детекторов такого типа обычно не превышает 15-20$. Кроме того исследования, выполненные нами с таким детектором (два цилиндрических бачка с жидким сцинтиллятором объемом (~1,5л) показали, что форма его амплитудного спектра близка к экспоненциальной, что приводит к необходимости измерений с низким порогом регистрации и, следовательно, к увеличению фо»"а. Б2СД объемом ~17л, используемый нами в предыдущих работах, обладает большей эффективностью (~70*), а форма амплитудного спектра позволяет устанавливать достаточно высокий порог регистрации («2 ЫэВ). В нем эффекты суммирования /-кввнтов значительно возрастают и применена~ метода взвевивания кажется неочевидным, поскольку весовая Функция л'(у) в этом сдуло не лют-быть определена однозначно и становится зависяаей от икожестй"чно-сти М. Однако исследования, выполнен. ,е нами с различным/ видамя модельних.спектров событий захвата, показали, что зависимость Бесовой функции от множественности можно значительно ослабить, вкяь-

чкв в весовую функцию в качестве параметра полную энергию каскада 1)йВп -величину, заведомо хорошо известную /I/. Оптимальная весовая Функция для исследуемого БйСД, заполненного сцинтиллятором на основе толуола с добавлением 60% триметилбората била получена в виде:

1У(у)

С-В-0'331 V1'75, где С- нормировочная константа /2/,

Расчет спектров, моделирующих функцию отклика БЖСД, проводился методом Монте-Карло. Рассчитывались спектры с множественностью М-1-5 и энергией связи Вп=4-Ю МзВ, а также каскады квантов, близкие к реальным событиям захвата /3/, На рис, I в качестве примера приведены результаты расчета функции отклика БЖСД в сравнении с результатами эксперимента в образцах 1®1Та, 197Аи, 23аи.

Рис.1. Функция отклика .БКСД на события радиационного захвата нейтронов в образцах 1е1Та, 197и. 236и. * -результаты эксперимента;—— расчет по модельным спектрам у-лучей захвата.

-1-!-1-Т—-Г-

Эн4ги> г-лда.Мзб

Хорошее согласие расчетного и экспериментального спектров свидетельствует о правильном учета основных факторов, определявших формирование функции отклика ЕЖСД. Результату восстановления полной энергии этих спектров, я такие модельного спектра 5оГе с помощью

уотода взвешивания показаны в таблице I.

Таблица I. Коэффициенты восстановления полной энергии Вп /Вп° для модельных спектров у-лучей событий захвата.

^Ядро Парам>\^ ' .56Fe ieiTa 197au 238ц

М 2 3 3 3.6

Вп°,МзВ: Т. 65 6.063 6.513 4.8

; VBn° 1.002 1.013 1.029

Из таблицы видно, что для каскадов, близкими реальным событиям захвата широкого класса ядер, отличающихся формой спектров у-лучей захвата, погрешность восстановления полной энергий не превышает ±3%. Эта величина может быть принята в'качестве оценки систематической погрешности определения сечений захвата с помощью метода амплитудного взвешивания для исследуемого БЖСД.

Во второй главе описывается экспериментальная установка, Приводятся основные формулы определения сечений захвата й нейтронных пропусканий, выполнена нормировка весовой функции.

Эксперимент по измерению сечений захбата и пропусканий проводился на спектрометре быстрых и резонансных нейтронов на базе импульсного элбктродтатичесйбго ускорителя ЭГ-1 4>ЭИ.методом времени пролета. Спектрометр имел слвдуюаие параметры соответственно в килоэлектрон-вольтной и-электронвольтной облйстях энергий нейтронов: длительность импульсов тока протонов 3-4.5 нсек и 0.4 мксек; период следования 1.6-2 мксек. й 140 мксек: средний ток 2-2.Б мка и I мка. Источником нейтронов; служила реакция 7Li (р,п)7Ве.В качестве детектора y-лучей захвата использовался описанный выше БЖСД сферической формы диаметром 32 См с коничёйким каналом для прохождения потока нейтронов, в центре которого помещался Исследуемый образец. Измерения потока нейтронов выполнялись детектором с тонким мм bLi-стеклом, рйсполагаемым перед захватным образцом, а также детекто-' ром, состоящим из 10В-пластины и двух кристаллов Nal(TI). устанавливаемым за исследуемым образцом. Измерения сечений захвата выполнялись в три этапа. В области энергий 20-450 кэВ 'эксперимент проводился на пролетной базе от мишени до исследуемого образце 2.4 м

(длинная Саза). На этой же базе были выполнены измерения в алект-ронвольтной облюти энергий нейтронов (2+20 эВ), позволяющие осуществить нормировку весовой функции по насыщенным резонансам. Для получения данных в области энергий 4+140 кэВ проводились измерения на пролетной Оазе 0.71 м (короткая база) /4/. Нейтронные пропускания были измерены р той же геометрии, что и сечения захвата с помощью детектора с 61Л-стеклом ЫЕ-912 толщиной 10 мм. установленным вместо тонкого бЬ1-стекла. Электронная аппаратура обеспечивала одновременное измерение время-пролетных спектров от 4-х детекторов, а также измерение амплитудных спектров импульсов БЖСД в двух временных интервалах: "фон" И "эффект + фон".

Б эксперименте использовались металлические образцы разделенных изотопов толщиной (0.005-0.02) атом/бн при измерении сечений захвата и (0.03-0 09) атом/бн в опытах по пропусканиям. Обогащение по основному изотопу составляло 75-99.8% кроме 1151п, для которого оно <-¿50%.

Нормировка весовой функции (определение константы С) выполнялась по результатам измерений событий захвата в насыщенных резонансах 109Ан (Е0=5.19 эВ) , 145Ш (Е0=4.35 эВ), 1в1Та (Е0=4.28 эВ), 102И (Е0=4.1б эВ) и 197Аи (Е0=4.90б эВ). Погрешность измерения константы С составила 43.6» /2/. Измерения ссчений захвата изотопов олова проводились только в килоэлсктронвольтной области энергий нейтронов на длинной базе. Для них нормировка весовой функции осуществлялась по.сечению захвата 19^Аи, измеренному нами методом насиненного резонанса в той же геометрии.

Для получения сечения захвата применяемый метод амплитудного взвешивания требует знания одной опорной величины - энергетической зависимости реакции бЫ(п,о)3Н, которая использовалась при абсо-, лютизаиии <гг ниже «-100 кэВ. При более высоких энегиях для опреде-■ ления нейтронного потока служила реакция 10В(п,а»')711. а нормиров-• ка результатов измерения производилась с помощью детекторов на основе ,0В-пластины в интервале 50-100 кэВ /4/. Важным условием проведения измерений пропусканий является постоян-, ство ьо времени спектра и интенсивности нейтронного источника, поэтому измерения проводились короткими (<2 мин.) сериями. Полный цикл состоял из измерений с шестью периодически меняющимися исследуемыми образцами и двух экспозиций с открытым пучком. Сравнение этих экспозиций показ?ло, что систематическая погрешность измерения пропусканий, связанная с непостоянством интенсивности и спектра , нейтронов не; превышает 0.3%., Используемые в эксперименте толяимы

образцов обеспечили величину пропускания на уровне «> 0.6-0.8%.

Третья глава посвяиена результатам измерений сечений захвата о- и нейтронных пропусканий Т исследуемых изотопов.

В настоящей работе выполнены измерения о- в области энергий 20+450 кэВ и пропусканий в интервале 20^1400 кэВ для десяти изо-ТОПОВ И2,114,115,П6.117,П8,119,120,122.124^ „ естественной

смеси олова, а также сечений захвата в области энергий 5-400 кзБ для пяти изотопов 160,182,183'184'1в6№ и естественной смеси вольфрама. С целью проверки методики проводились также измерения стандартов - <гс для 197Аи И о-^ для 12С. Точность полученных значений сс составляет 20-22% для '22,1243п, 10-1355 - п8,1203п и 5-ЮХ для остальных изотопов и естественной смеси /6/. Большая погрешность о- изотопов 11&-120•122•124зп обусловлена статистической погрешностью измерений. Для изотопов вольфрама погрешность измерений а составляет л.6-7% и увеличивается при Еп£ 10 кэВ до 8-17Ж в зависимости от изотопа /4/. Погрешность измерения пропусканий для всех изотопов составляет 0.8-2.0Ж /5,6/. В качестве примера на рис.2 показаны результаты измерений сечений захвата для изотопов олова в сравнении с другими авторами. Видно, что в исследуемой области энергий результаты нажих измерений по о- в пределах погрешностей согласуются с результатами других работ. Для изотопов и естественной смеси вольфрама также наблюдается согласие имеющихся экспериментальных данных. Сечения захвата изотопов П4,1155п, 1в0№ получены нами впервые /4,6/.

Энергетическая зависимость полных сечений имеет резонансную структуру. Поэтому, из нейтронных пропусканий можно получить только наблюдаемые полные сечения о-1наб= -1/п 1пТ. Эти сечения связаны с истинными полными сечениями о^ для бесконечно тонкого образца через факторы резонансной самоэкранировки Г соотношением: ^наб_ Значения факторов I были огределены расчетным путей

через средние резонансные параметры (глава 4).

Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о статистическом механизме, протекания реакций.

В четвертой главе проводится анализ экспериментальных данных по сечениям захвата и пропусканиям в рамках статистической теории ядерных реакций.

Анализ сечений захвата и пропускэний осувествлялля по прогреми ЕУРАй, в которой расчеты нейтронных сечений производятся по формулам Хаузера-Фешбахя-Шлдауэра через нейтронное радиационные

Змгрзия н9йтроноЪ, кэв

Рис. 2. Сечения радиационного захвата для изотопов и естественной смеси олова, е-настоящая работа; сз-Ерздли; й -Гиббоне; о -Маклин; | -Хзсан; 0 -Гиббоне; СП -Маклин; V -Толстиков; ——расчет по оптимальным параметрам настоящей работа (глава 4).

Б х силовые функции и радиусы потенциального рассеяния Н^для з-, р- и ¿-нейтронов, а подгонка р^рчетных сечений к экспериментальным выполнялас! методом максимума правдоподобия путем поиска оптимальных значений этих параметров. Б-волновые силовые функции не варьировались, а использовались хорошо известные данные из области изолированных резон&нсов. В результате выполненных расчетов можно сделать следующие выводы /5-7/ : I). Совместный анализ о-с и Т улучшает достоверность извлекаемых параметров в сравнении с анализом только с-с (рис.3). 2). Описание экспериментальных данных по о-для изотопов олова 1.о всей исследуемой области энергий достигается с ¡'й.-иш.т.отшми силовыми Функциями 3},1, одинаковыми для з-, р- и (Ин'Р,тронов, т. е. й 0-2 , (рис. г, сплошные ,.инии), а для'

ir -

-1-1-1-i-1-г-ч

У

о

Рис.3 Радиационные (а) и нейтронные (б) силовые функции для изотопоп олова. о -силовые функции, полученные из анализа сечений захвата; о -силовые функции, полученные из совместного анализа сечений захвата и пропусканий.

IU 114 II» И1 «в III U4

изотопов вольфрама, в таком подходе, - только до ~ 100 кэВ (рис.4,

пунктирная линия). Описание о-с во всем исследуемом диапазоне для

изотопов вольфрама было получено с различными значениями Syl, т.е.

S „tS .íS о (рис. 4, сплошные линии). 3)'.Для всех изотопов значено J-l J-Z г л п \ ния 32и S0 оказались совпадающими (в пределах погрешностей s0)-.

4). Радиусы потенциального рассеяния Й0'могут быть определены из экспериментальных данных по пропусканиям в области низких энергий (до ~ 100 кэВ). б). Значения Н0' и гудля изотопов олова оказались систематически различающимися на ~ 30S. Описать экспериментальные' данные по пропусканиям (или o-t) выше ~ 100 кэП при одинаковых R0' и Rj' не удается (рис.5, пунктирная линия). Анализ экспериментальных пропусканий для изотопов вольфрама показал их слабую чувствительность к Rj', поэтому приняли Вг•- R0'. Б).Полученные результаты по нейтронным силовым функциям S( и 5,, а тчкясе радиусам потенциального рассеяния согласуются с имеющимися экспериментальными данными. .-.•'.'

Рис,4 Сечения радиационного захвата для изотопов вольфрама.

• -эксперимент, настоящая работа;--

расчет по оптимальным параметрам;-'---расчет при З^-Б^-З^. Стрелками указаны уровни неупругого рассеяния; з-.р-.а-вклады парциальных •волн,

» и и (и

Энергия н«шпронзв,

Оакторы резонансной самоэкранировки Г были определены из расчетных по оптимальным параметрам , хорошо описывающим экспери-мгнтальные данные (рис.Б, сплошные линии), для бесконечно тонкого образна (N1) и исследуемого образца. Полученные данные по в пределах погрешностей 1-5% /5-7/ согласуются с результатами других работ (рис.6,7). Расхождение с данными Гюнтхера для ге2И* (рис.?) может быть связано с расчетной моделью, используемой при определении резонансной самоэкранировки в этой работе. .

и полных сечений о^ и области

Ч плгой паре "рассмотрены результаты теоретических расчетов нзйт-роннчх силовых функций 20, Б1, энергий 0.01-5 МэВ по оптической модели ядра /7.8/.

Гезультаты расчетов о ¿ля изотопов олова и вольфрама с помощью известных региональных потенциалов плохо согласуются с нашими экс-

Рис.5 Нейтронные пропускания для изотопов олова. • -эксперимент, настоящая работа; —■—расчет по оптимальным ■ параметрам при следующих толщинах п(атом/бн)-0.0348-1123п; 0.0283 - 114Бп; 0.0303- п53п; 0.07630.0788- 1173п; 0.08020.0771- 1193п; 0.07060.0660- 122ЗП: 0.0830----расчет при Й1'= !

116 не, 120 124

Бп; Бп; Эп; Бп:

Энергий нейтронов, к

периментальными данными (рис.6, пунктирная и точечная линии; рис.7, пунктирная линия). Для описания наших данных по и о^ был выполнен последовательный анализ и поиск потенциалов в сферической оптической модели (СОМ), в методе сильной связи каналов (МССК), методе связи многих каналов (МСМК). В рамках СОМ для изотопов ояо-ва'с фиксированными геометрическими параметрами (Го^о^аО*1 фм< аз=аз0=0.58 Фи, аз=0.4 Фм, ^„¿5.5 ФМ) нами был получен новый региональный потенциал V = 53.зз"- 34.38(Н - 1)/к -ОЛЕ, ГС = 4.72 - 19.33(Н - г)/К + 3.22Е, с помощью которого достигнуто удовлетворительнее описание полных сечений в области энергий "

Рис.6 Полные сечения для изотопов й естественной смеси олова. • -эксперимент. настоящая работа; л -Хар-пер: V -Пенитц;

о - Мусаэлян! — -расче,т с потенциалом СОМ настоящей .работы;-— -расчете потенциалом СОМ Харпе-ра;—»—-расчет с потенциалом СОМ настоящей работы при посто- • янноймним-Я части \*а=4.72-19.33(И=2)/А);

-расчет с потенциалом СОМ Рапопортй.

Эмргиа мйтреиаб. оО

0.02-3 МэВ (рис.6, сплошные линии) /7/. Однако сильная энергетическая зависимость мнимой части потенциала указывает на необходимость учета связи упругого канала с открытыми или закрытыми неупругими. Результаты расчетов в МССК при учете канала возбуждения 2,* 4онона показаны на рис.8 штрихпунктирной линией. Неудовлетворительный уровень описания экспериментальных данных обусловлен влиянием входных состояний, что приводит к необходимости усложне-

Рис.7 Полине сиче-ния для изотопов и естественной смеси вольфрама.

в - эксперимент, настоящая работа;'

Гкнтхер; + - Вхален; V - Дивиденам; х - Вхален;

-- расчет в

МССК с потенциалом настоящей работы;

-- - расчет в

МССК с потенциалом Делароша.

Эиер!ия нейтронов, Г1*8

ния.расчетной модели - использования МСМК /8/. В отсм подходе ь явном виде учитывается достаточно полнкй спектр низколежаьих коллективных возбуждений различно? культипольности. Для изотопов олова учитывались экспериментальные данные восьми низколежааих одно-фононных состояний и триплет двухоконных состояний 0\ 2", 4*, образованный из однооконных компонент состояния псь расчеты выполнялись ьо грограмме ЕС1Б-37 с итерационным методом рехеиия системы связанных уравнений. На рис.6 сплонными линиями покэзэнч результаты расчетов ^ в области энергий 0.02-5 МзВ в и;МК о по-моиыо следующих значений оптимизированных готенииплол: V = 47.12 МэБ, Л = 0.0 МзВ: V = 47.С ЧчВ. Я = 0 6 У-С-В; У = -<'.75

МэЕ, К = С.и МэВ соответственно для

! 16

2г,

1

оП,

тая работа; л - Харпер; о- Мусазлян: + - Коестер; - расчет с потенциалом СОМ настоящей работы;—»— расчет в МССК с учетом 21+ фонона;— - расчет в ЫСМК.

рис.9 - дифференциальные сечения упругого и неупругого рассеяния при Е -1.0 МэВ, 1.63 МэВ и 1.96 МэВ для 1'203п. Геометрические параметры принимались такими, как и в СОМ. Учет вклада процессов, идущих с образованием составного ядра (пунктирная линия на рис.Э), осуществлялся с помотыо преобразований Энгельбрехта-Вейденмюллера. Иэ рисунков 'видно, что расчеты в МСМК с независящими'от .энергии параметрами лучше, чем остальные расчеты воспроизводят экспериментальные данные в области 5не;~ий ниже ~ 2-МэВ. При более высоких энергиях число явно рассматриваемых каналов с возбуждением одно-Фсчонных состояний окааыь&бтся недостаточным, что приводит к недооценке сечс.ия образования составного ядра и занижению наблюдаемых сечениГ. Нейтронные силовые функции 30, 31, Б2Г рассчитанные в СОН, МЗМК. при низких энергиях (0.1 Ь!эВ), сс-пасуются с результатами статистического анализа. Однако на энергетическом интервале ши-. риной ~ I МэВ наблюдается существенная энергетическая зависимость. На ос чьачин полученных результатов мохно сделать вывод, что МСМК

Рис.9 Дифференциальные сечения упругого и неупругого рассеяния с возбуждением уровня 2,+ при Е -1.0: 1.63; и 1.96 МзВ для

е - эксперимент. Харпер; + - Мусаэлян;--расчет в МСУК (полное описание);--- вклад процессов, идуаих с образованием составного ядра,

является эффективным способом описания экспериментальных данных в , низкоэнергетической области и особенно в тех случаях, где СОМ или малоканальные варианты связи каналов малоэМ^ктивни /в/. Сильно деформированные изотопы вольфрама имеют Солее сложную, чем изотопы олова, структуру уровней, поэтому для описания нааих экспериментальных данных использовался метод сильной связи каналов. В расчетах учитывались низколежааие коллективны? состояния ротационной полосы О1", 2*, 4+ для четно-четных ядер и эквивалентные 1/2", 3/2~, 5/2", Т/2",9/2" состояния д-;л 163 я. Результаты ра:четоь с помощью Полученного нами в таком подходе потении;: -.а V = 55.10 -36.23(N 1)/к - 0.2Е, V = 2.48 - б.04(Н - г)/А + 1.2(1 С фиксированными геометрическими параметрами (гу=га0 = 1.26 -1м; га = 1.26 Ы; а -а ,=0.63 Фм; а =0.47 V л=6.0 МэВ) показаны на рис.7 епдоа-

V эо з го

ними линиями. Видно, что для всех изотопов получено хоров»е описание наших экспериментальных данных в ксследуеюй обла ли энс-ргк; .... (0.01-1.0 МэВ), а также экспериментален* данных других автор.-., в более вылоком интервале энергий до 5 ьйВ. Расчетные в М"СК энвч«;-нейтронных силовых функций Б0, 5, . и радиусов потенциального рассеяния пг • подтверждают результаты статистического анализа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Разработан метод амплитудного взвешивания (метод весовой функции) для измерения сечений радиационного захвата нейтронов применительно к большому сиинтилляционному детектору объемом « 17л, что позволило уменьшить систематическую погреиность измерений, связанную с чувствительностью у-детектора к форме спектра у-лучей событий захвата к повысить точность измерений <гс до ± 3%, С помощью этого метода были оценены также коэффициенты самопоглощения у-лучей в исследуемых образцах с погрешностью 4 1,5%.

2. Выполнены измерения событий захвата в электвонвольтной области энергий нейтронов для 109Ан, 145Мй. 131Та, 182У/, 197Аи, которые экспериментально подтвердили правильность наших расчетных оценок с помощью разработанной методики и позволили выполнить нормировку весовой функции с погрешностью 4 3.6%. Это создало возможность определения сечения захвата с помощью одной опорной величины - сечения реакции 61Л(П,а)3Н.

3. Измерены сечения радиационного захвата нейтронов в области энергий 20-450 кэв и нейтронные пропускания в интервале 20-1400кэВ ДЛЯ десяти ИЗОТОПОВ И2,114,115.116,117,116.119,120.122,124^ и

естественной смеси олова, а также сечения захвата в области энергий 5-400 кэВ и пропускания в интервале энергий 5-1000 кэВ для пяти изотопов 160,162>183,1в!,1вби и естественН0й смесч вольфрама * Экспериментальные данные по Пропусканиям преобразованы в полные сечения. Сечения захвата 1И,п5Зп, 160У1 и полные сечения 112»118» П7,П9ЗП1 1бо,1ези в этих энерГетичеСких интервалах измерены нами впервые.

4. С помощью полученных в статистическом подходе оптимальных параметров определены факторы резонансной самоэкранировки, используемые для получения экспериментальных данных по полным сечениям. Из радиационных силовых функций определены средние расстояния мехду в-

резаиансами ( В0 ).

5. Рассчитаны и усреднены по максвелловскому спектру при кТ=30 кэВ сечения захвата, используемые для изучения вопросов нуклеосинтеза химических элементов.

5. Еыполнен анализ всех экспериментальных данных по сечениям захвата и пропусканиях« в рамках статистической теории ядерных реакций, в результате которого показано, что: а) совместный анализ сечений захвата к пропусканий позволяет уменьшить (в сравнении с анализом только течений захвата) корреляции меаду параметрами и повысить

достоверность их извлечения. Таким способом были получены новые данные по р- и (4- нейтронным (Б1, Э2). а-, р- и ¿-радиационным

3 Э^) силовым функциям, а также а- и р-волновым радиусам потенциального рассеяния Г^'и Г^'; б) описание экспериментальных данных по сечениям захвата во всей исследуемой области энергий нейтронов осуществляется с одинаковыми значениями радиационных силовых функций в-, р- и й-нейтронов для изотопов олова и с различными - для изотопов вольфрама; в) для всех исследуемых изотопов значения Э2 И Б0 в пределах погрешности 30 совпадают; г) радиусы потенциального рассеяния й0' могут быть определены из экспериментальных данных по пропусканиям в области низких энергий (до ~ 100 кэВ); д) для всех изотопов олова значения ЕЦ' на 30% превосходят значения И0'I

7. Выполнен последовательный анализ и Поиск оптических потенциалов в рамках сферической оптической модели (СОМ), в методе сильной связи каналов (МССГС), в методе связи многих каналов (МСШ) для описания экспериментальных данных по полным сеченйям о^ в области энергий 0.02-5 МэВ, а также полученных нами 8-, р- и (1-нейтроннных силовых функций для изотопов олова. В СОМ получен новый универсальный (региональный) потенциал с сильной энергетической зависимостью мнимой части. Показано, что только учет достаточно полного спектра низколежащих коллективных возбуждений (МСЖ) позволяет получить взаимосогласованное описание экспериментальных данных по полным сечениям, дифференциальным и интегральным сечениям упругого и неупругого рассеяния в широкой области энергий нейтронов (0.02-2 МэВ) без введения энергетической зависимости мнимой части оптического потенциала, Нейтронные силовые функции !30 ¡ 81, 32, а также радиусы потенциального рассеяния П0'1И . рассчитанные в СОМ и МСМХ при низких энергиях (0.1 МэВ) подтверждают результаты статистического анализа.

8. Получен нобЬй универсальный оптический потенциал о методе сильной связи каналов (КССЧ) для дефзрмированных изотопов вольфрама, с помощью которого осуществляется взаимосогласованное описание экспе-, риментальных данных по полным сечениям в области энергий 0.01-5МэВ, а также нейтронных силовых функций Б0, , Бг к радиусов потенциального расеяния й0'.

Результаты настоящей работы докладывались на 5-й Всесоюзной конференции по нейтронной физике, семинарах ФЭИ. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Кононов В.Н., Полетаев Е.Д., Боховко М.В., Казаков Л.Е., Тимохов В.М. Применение метода взвешивания в экспериментах по измерению сечений радиационного захвата нейтронов // Нейтронная физика, М.: ШИИатоминформ. 1980, т.4. с. II4-II8.

2. Кононов В.Н., Полетаев Е.Д., Тимохов В.М. и др. Применение метода амплитудного взвешивания для большого сиинтилляционного детектора // Препринт ФЭИ-1589, Обнинск, 1Э84.

3. Лндросенко П.Л., Болонкнна Г.В., Кононов В.Н., Полетаев Е.Д., Тимохов В.М. Расчет функции отклика большою сцинтилляционного детектора событий захвата нейтронов методом Монте-Карло // Препринт ФЗИ-1604, Обнинск, 1984.

4. Боховко М.Е., Казаков Л.Е., Кононов E.H., Полетаев Е.Д.( Тимохов В.М., Воеводский A.A. Измерение сечений радиационного захвата нейтронов для изотопов вольфрама в области энергий 5-400 кэВ // ВАНиТ. Сер.: Ядерные константы, 1986, Bun.Ii

с.39-47.

5. Кононов В.Н., Полетаев Е.Д., Тимохов В.М. и др. Сечения радиационного захвата и пропускания быстрих нейтронов для изотопов вольфрама // Ядерная физика, 1987, т.46, вып.1(7), с.51-54.

6. Тимохов В.Ы., Боховко М.В., Казаков Л.Е., Кононов В.Н. и др. Средние сечения радиационного захвата, пропускания и средние резонансные параметры для изотопов олова // Препринт ФЭИ-1921, Обнинск, 1988.

7. Тимохов В.М., Боховко М.В., Исаков А.Г. и др. Сечения радиационного захвата нейтронов, полные сечения и средние резонансные параметры для изотопов олова // Ядерная физика ,1989, т.50, вып.З, с.609-618.

8. Проняев В.Г., Кононов В.Н., Тимохов В.М., Трыков E.J1. Нейтронные сечения и силовые функции изотопов олова в методе связи многих каналов // ВАНиТ. Сер.: Ядерные константы, 1989, вып.З, С.90-100.