Бинарный и тройной кластерный распад ядерных систем средней группы масс тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

11а правах рукописи

Жеребчевский Владимир Иоснфопп

Бинарный и тройной кластерный распад ядерных огпем средней

группы масс.

01 04 16 —Физика агомчого ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2007 г

003071686

Работа выполнена на кафедре ядерной физики Санкг-Петербургскою государсхвенног о уппверси г ет а

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Гриднев Константин Александрович

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор физико-математических наук, Митропольскнй Иван Андреевич

кандидат физико-математических наук, Хлебников Сергеи Васильевич

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Защита состоится « 31 •» __2007 г в /Д. час 00мин

на заседании диссертационного совета Д 212 232 16 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкг-Пстербургском юсудлрственном университете по адресу 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб , д 7/9

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СПбГУ

Автореферат разослан «2Л» (с1У>Л<Л\ 2007 г

1

Ученый секретарь Диссертационного совета

07,

Власников А К

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Исследования ядерных систем, формирующихся в реакциях с тяжелыми ионами при больших переданных угловых моментах, в ядрах среднего массового диапазона от А = 30 до А = 80, есть одна из интереснейших тем изучения на протяжении последних десятилетий К тому же, возникновение кластерных конфигураций при распаде таких образований, создает дополнительную интригу в ходе всестороннего анализа динамики целительных процессов указанных ядерных структур Особенно интересным представляются поиски гипердеформированных состояний в делящейся системе, что достаточно хорошо предсказывается и описывается с помощью теоретических моделей [1 - 4], но на сегодняшний день недостаточно полно изучено экспериментально Такие состояния образуются в результате взаимодействия ускоренных тяжелых ионов с веществом мишени, с формированием возбужденной составной системы с большим угловым моментом Распад этих систем может реализовывагься как и в тройной выходной канал с образованием двух фрат ментов и а-кластерных структур, так и в бинарные каналы с образованием только двух фрагментов Значит основная проблема, которая возникает при изучении таких делительных процессов, это конкуренция различных каналов распада Выбор из всего многообразия делительных мод нужного канала, будь то бинарный распад на два фрагмента, или тройной кластерный распад - важная задача, решаемая в корреляционных экспериментах с привлечением техники кинематических совпадений, всесторонним анализом эксперимешалоных данных, а также с использованием расчетов по соответствующим теоретическим моделям Еще одна проблема, которая может возникать в таких реакциях это идентификация механизма образования составной системы Решение данной проблемы строится на детальном анализе экспериментальных результатов Таким образом, актуальность представленной работе придает комплекс задач, направленных на определение механизмов образования и распада составных систем с большими угловыми моментами, образующихся в реакциях с тяжелыми ионами Указанные исследования в совокупности с разработанными теоретическими моделями способны пролить свет на процессы формирования гипердеформированных конфигураций и в общем случае проследить динамику деления составных ядерных систем средней группы масс

Цель работы. Главная цель, к которой была направлена данная диссертационная работа, заключалась в конструктивном и всестороннем исследовании бинарных и тройных а-кластерных распадов составных ядерных систем средней группы масс 7лл и образованных в ядерных реакциях Аг ^ 24М§ и + 21Мц, соответственно Основной доминантой работы стал поиск и изучение гипердефор чире; ванных состояний в указанных системах В

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика процессов образования и распада составных ядерных систем в различные выходные каналы Вводится понятие гипердеформации возбужденной составной системы, и рассматриваются варианты ее распада Описаны существующие экспериментальные методы, позволяющие исследовать такие системы Далее проводится обзор экспериментальных и теоретически< работ по исследованию механизмов формирования ядерных систем средней группы масс от А = 30 до А = 80, и их последующего распада в бинарные и тройные каналы с образованием кластеров В заключение определяется круг проблем и задач, относящихся к рассматриваемой теме, и предлагаются способы их решения

В первой 1л;*ве для процессов деления составных систем средней группы масс в бинарные и тройные (с образованием а-кластеров) каналы рассмотрены теоретические модели, в рамках которых могут быть получены некоторые важные параметры распадающейся системы, а также определены характерные свойства продуктов реакции В частности, используем статистический подход к описанию свойств делящейся системы Для бинарного и тройного а-кластерного распадов эти модели дают оценку выходов фрагментов реакции и, следовательно, с их помощью можно определить вероятность распада составной системы в конкретный выходной канал Изменяя определенные параметры, характеризующие делящуюся систему, добиваемся наилучшего согласия теоретических расчетов с экспериментальными данными, и тем самым определяем наиболее приемлемые механизмы протекания реакций распада В дополнение к статистической модели для изучения более сложных процессов тройного кластерного распада приметается а-кластерная модель, которая довольно хорошо описывает основные делительные конфигурации и предсказывает появление вытянутых гипердеформированных состояний в делящейся системе при больших угловых моментах Это коррелирует с расчетами по обобщенной модели жидкой капли, где при значительных угловых моментах барьеры деления компаунд-системы в бинарный и тройной а-кластерный каналы становятся сравнимыми, и вероятность последнего процесса резко увеличивается

В рамках представленной работы, эти теоретические модели применяются для описания распада составных систем 7.п и ^ N1, образованных в реакциях 1бАг + 24 Ме и 32 8 + 24Мд Предсказано появление гипердеформированных конфигураций при делении указанных систем

Во второй главе описана экспериментальная установка для комплексного изучения процессов распада составных ядерных систем - Спектрометр Бинарных Реакций (БРС) В установку БРС входили два детекторных модуля

(данные модули обозначаются как детектор 3 и детектор 4, соответственно), расположенных по обе стороны по направлению пучка Каждый из них включал в себя плоскопараллельные позиционно чувствительные многопроволочньте счетчики низкого давления и расположенные за ними брэгговские ионизационные камеры (Б И К) Многоироволочными счетчиками регистрировались координаты попадания частиц в детектор, а также с них снимался временной сигнал Для фрагментов деления, определялось их время пролета и угловые координаты 0 и <р С помощью ПИК измерялась энергия, потерянная частицей в объеме камеры, и высота брэгговского пика (БГ1) Из амплитуды сигнала можно извлекать информацию о зар5где, а из его интеграла - энергию, регистрируемой частицы, т е , используя спектроскопию Брэгга, можно уверенно разделять фрагменты ядерных реакций с зарядом Ъ от 6 до 18 Таким образом, при помощи БРС имелась возможность зарегистрировать два фрагмента в совпадении, установив их время пролета, энергию, углы 03, 04 и фЗ, ф4 характеризующие разлет фрагментов соответственно в плоскости пучка и вне нее

В этой главе даны детальные характеристики каждого из детекторных модулей с соответствующими методами регистрации продуктов реакции

В третьей главе подробно рассмотрен эксперимент по изучению свойств составной системы '"'¿п, образованной в реакции збАг + где ядра пучка

"'Аг при энергии 195 МэВ бомбардировали магниевую мишень В результате взаимодействия образовывалось компаунд-ядро в07п с энергией возбуждения Еех = 88 МэВ Максимальный угловой момент для согласно расчетам [5], составляет Ьсг= 50Ь и в данной реакции достигается за счет большой переданной энергии 16Аг

Различные выходные каналы реакции выделялись с помощью метода 7,3 - Ъ^ корреляций В рассматриваемом случае для

36Аг + 24М8 (компаунд 60гп) — (М3, Ъ^) + (М ь Х4) оба тяжелых фрагмента реакции с массами (М3, М4) и зарядами (73, регистрировались в кинематических совпадениях, а

идентификация этих ядер производилась по их заряду Все экспериментальные события, соответствовавшие конкретному заряду (7.), отбирались с помощью специальных «ворот», установленных на распределение Пик Брэгга (БГ1) -Энергия (Е) в одном из детекторов В другом детекторе из распределения БП -Е извлекалась информация о всех зарегистрированных в совпадениях с выбранным зарядом фрагментах Таким образом, используя «ворота» для различных Ъ, установленных в БП - Е распределениях, как в первом, так и во втором детекторах, а также корреляцию между зарядами в разных детекторах (73 - Ъц корреляция), можно достаточно четко выделить выходные каналы, соответствующие и чисто бинарному, и тройному а-кластерному распаду составной системы Эти каналы определяются как сумма зарядов ре1истрируемых фрагментов 7.3 - 7., - 7,( у - Л7, где 7С\ - заряд образо-

вавшегосч в результат реакции ког/паунд-ядра ( Zn) и AZ - так называемый «потерянный заряд», в изучаемом случае это а-частицы, которые не регистрировались в эксперименте Далее, приняв во внимание, что AZ - ZCn - (Ул + 7,4) можно произвести классификацию каналов распада по количеству испускаемых а-частиц AZ = 0 - чисто бинарный распад (Z3 + = Zcn), 2 - распад с испусканием 1а- частицы, AZ = 4 - с испусканием 2а-частин ит д) и делать выводы о динамике делительных процессов в представленной реакции Для более полной обработки экспериментальных данных этот метод применялся совместно с анализом угловых 03 - 04 распределений

После разделения каналов с помощью (Z3 - Z4) корреляций были получены интересные результаты для угловых распределений, характеризуемых углами фЗ и ф4, лежащими вне плоскости пучка (фЗ - ф4 корреляции) Как и предполагалось для чисто бинарного распада (AZ = 0), в фЗ - ф4 распределении наблюдается узкий пик относительно 180° и небольшая широкая часть в основании, связанная с испарением нейтронов из фрагментов деления (рис 1, а)

1500 2att4ta /i4t-/l2

150 iwi tfu 1ао e? tA

'Jit 2У0 ¿10

шз ito iao iyo 200 210

■P ¡H

(I) " " ' (!)

Рис 1 фЗ - ф4 зповые коррстяции (в ipaj\cax) дта pa личных зарядовых комбинации, обозначенных здесь как Z3 + Z4

Для других каналов распада, характеризуемых эмиссией 1а-, 2а-, За-частиц (AZ = 2, 4, 6), мы ожидали уширения углового распределения фЗ - ф4 относительно 180° с ростом AZ Это утверждение хорошо согласуется с данными эксперимента для процессов деления с последующим испусканием 1 а-частицы, где AZ = 2 (см рис 1,6) Но для процессов с AZ = 4, 6, 8 имеем 2 компоненты,

где одна из них узкая, как в случае чисто бинарного распада, а другая -широкая, которая находится в основании углового распределения (см рис 1, в - д), причем ее ширина растет с увеличением AZ

Возникновение всех указанных компонент можно объяснить разными механизмами распада составной системы Дело в том, что распад ядра 60Zn имеет несколько выходных каналов

1) Распад компаунд-системы только на два фрагмент (Z3 + Z4 = Zcn) Это позволяет получить узкий пик в корреляции срЗ - ср4 относительно 180°

2) Процесс деления с последующим испусканием от 1а- до 4а-частиц из ускоренных фрагментов Энергия возбуждения каждого из фрагментов достаточно высока и процесс испарения а-частиц из них становится возможным В импульсном пространстве фрагменты после некоррелированной эмиссии а-частиц будут иметь кинематический конус рассеяния, что приведет к увеличению ширины в фЗ - ф4 относительно 180° Это отчетливо проявляется для распределения при AZ = 2 (см рис 1, б) и для нижней части распределений с AZ = 4, 6, 8 (см рис 1, в - д)

3) Тройное деление из гипердеформированных состояний при больших переданных угловых моментах Предполагается, что при распаде компаунд-ядра в обпасти «шейки» двух фрагментов могут формироваться а-кластерные структуры, состоящие из 2а- или За-частиц, которые испускаются «назад» одним из движущихся фрагментов

Таким образом, узкая компонента в распределении фЗ — ф4 (см рис 1, в - д) около 180° может быть отождествлена с процессом тройного деления, где а-кластериые структуры совершают движение коллинеарно назад в системе центра масс компаунд ядра, и сумма углов фЗ и ф4 остается равной 180°

4) Процесс взаимодействия ядер пучка с ядрами примесей (1бО и 12С), которые могут содержаться в мишени Дело в том, что выявленный эффект (узкие пики в фЗ - ф4 распределении для AZ = 4, 6, 8) может быть объяснен не только как коллинеарный кластерный распад компаунд-ядра 60Zn, но и как бинарный распад компаунд-системы, сформированной в реакции 36Ат + 1вО для AZ = 4 и %Ат + 12С для AZ = 6 В данном случае ядра 1бО и 12С являются примесями, присутствующими в магниевой мишени Оценка вероятности взаимодействия указанных ядер с частицами пучка позволит точно установить природу возникновения узких пиков в фЗ - ф4 угловом распределении и сделать правильные выводы о механизме распада компаунд системы С помощью специально разработанного алгоритма определения примесей в мишени, было найдено четыре доказательства того, что представленная реакция идет не на ядрах 160 или '"С, а в основном на ядрах 24Mg, и что только 17% кислорода может присутствовать от общего количества вещества мишени

Для определения начальной энергии, образовавшихся в результате распада составной системы фрагментов, был модифицирован метод энергетической калибровки данных получаемых с Ионизационной Камеры Брэгга (БИК)

Общая идея метода заключалась в преобразовании энергии потерь заряженных частиц в камере Брэгга (энергия/канал) в начальную энергию этих частиц с помощью анализа кривых энергетических потерь - кривых Брэгга Новизна метода заключалась в использовании для калибровки как прямой, так и обратной ветвей, указанных кривых, что способствовало получению довольно полной энергетической информации и продвижению в область более высоких энергий Структурно метод разбивался на четыре этапа, после проведения которых нам стала известна кинетическая энергия фрагментов реакции, а затем и полная кинетическая энергия (ТКЕ), как сумма энергий этих фрагментов Анализ двумерных распределений ТКЕ - (фЗ - ср4) позволил выявить узкие и широкие компоненты в распределениях для AZ = 4, 6 (см рис 2, левая часть), что хорошо согласуется с предположением о тройном распаде гипердеформированной системы с испусканием «-кластера назад одним из движущихся фрагментов В дополнение, была обнаружена значительная концентрация экспериментальных событий узкой компоненты в области «высоких» энергий

Дальнейшие кинематические расчеты для тройного а-кластерного распада позволили предложить двухступенчатый механизм деления ядра 60Zn, согласно которому на первом этапе происходит образование системы из двух осколков, а на втором - испускание а-кластеров назад одним из осколков С помощью данной модели удапось объяснить феномен концентрации событий для тройного деления в области «высоких» энергий (см рис 2) Используя специальные «ворота», разделяем узкую (тройной а-кластерный распад) и широкую части (бинарный распад с последующим испусканием а-частиц из ускоренных фрагментов) в экспериментальных данных на две компоненты (см рис 2, левая часть) Установлено, что разница в ТКЕ между этими частями для процессов с AZ = 4 и 6 составляет -27 МэВ и ~ 31 МэВ (см рис 2, правая часть) Эти значение (в пределах ошибки) хорошо согласуется с расчетами по предложенной двухступенчатой модели для AZ = 4 и б разница в ТКЕ составляет 38 МэВ и 33 МэВ, соогветственно

Информация, полученная с камеры Брэгга, использовалась также для определения выходов фрагментов реакции, с последующим расчетом дифференциальных сечений образования, как отдельных элементов, так и сечений образования различных выходных каналов исследуемой реакции Выделяя определенные каналы распада компаунд системы с помощью Z3 - Z4 корреляций и анализируя 03 - 04 распределения, исследовались выходы двух фрагментов в совпадениях как функция зарядовой асимметрии для различных значений «потерянного» заряда То есть, были найдены дифференциальные сечения образования двух фрагментов при распаде компаунд-системы в определенный канал (см рис 3) Сечения строились для событий, соответствовавших как широкой (см рис 3, а), так и узкой (см рис 3, б) частям в распределении фЗ - ф4

Щ ф-l tKEfMiB)

Рисунок 2. Полка* кинетическая энергия (ТКЕ) - (фЗ - ф4) распределение для канатов реакции с AZ - 4 и 6, с установленными воротами на узкую компоненту - левая часть. Проекция ГКО для тех же каналов, с двумя разделенными компонентами - правая часть.

На рисунке 3 по оси X отложены зарядовые числа элементов, регистрируемых в 3-м детекторе (Zj), а совпавшие с ними фрагменты в 4-м детекторе, классифицировались с номошью AZ и определялись как: Z4 = Zcn - Z3 - AZ. Распределениям на ¡рафиках (см, рис. 3) соответствуют: (а) Бинарный -бинарный распад (Д Z = 0), ¡альфа - бинарный распад с испусканием la-частицы (Д Z = 2), 2тьфа - бинарный распад с испусканием 2а-частиц (A Z = 4), Зальфа - бинарный распад с испусканием За-частиц (Д 2 = 6). 4альфа -бинарный распад с испусканием 4а-частиц (Д Z = 8);

(б) Зальфа - кластерный распад с испусканием 2сг-часгиц (Д Z = 4), Зальфа -кластерный распад с испусканием За-частиц (Д Z = 6).

Число событий в исследуемом канале отбиралось с помощью соответствующих «ворот» в распределении БП - Е.

Определение сечений различных выходных каналов позволило обнаружить «четно-нечетный» эффект. Эффект заключается в превышении выходных каналов распада, образованных фрагментами с четными 7, над выходными Kaii ала ми. образованными фрагментами с нечетными Z. Он может быть объяснен с применением статистической модели распада составной системы, в которой выходы продуктов реакции зависят от энергии реакции (Q), а в нашем случае Q-реакции на 5 - 10 МэВ больше для четных каналов распада, ЧТО и

|

предопределяет их большую вероятность возникновения Здесь же, следует упомянуть о практически равных сечениях для бинарного распада с последующим испусканием 2-х, 3-х ос-частиц и сечений для тройного кластерного распада тоже с испусканием 2-х и 3-х а-частиц, что хорошо согласуется с предсказаниями по обобщенной модели жидкой капли о равенстве барьеров деления в обоих случаях

Широкая часть

9 10 11 12 13 14 15 16 17 13 19

•V V \ » *

\ Л А

v V \

10 11 12 ,13 14 15 1S 17

(1)

ГЯ)

Рисунок 3 Диффсрснциачьнос ссчсние выходных каналов распада ядра 60Zn как функция заряда детектируемых фрагментов дтя бинарного распада с эчиссиеи а-частиц (широкая компонента в фЗ - <р4 распредетении) - (а) и дтя тройного мастсрного распада (\зкая компонента в фЗ - ф4распредстении) - (б)

В заключение, анализ угловых распределений продуктов реакции позволил сделать выводы о способе образования делящейся системы Результаты свидетельствуют в пользу механизма формироваьшя компаунд-ядра с его последующим распадом

В четвертой главе рассмотрен процесс 32S + 24Mg с образованием составной системы 5c'Ni Пучком тяжелых ионов в данном случае были ядра 32S с энергией 163 МэВ В результате реакции образовывалось компаунд-ядро 56Ni с энергией возбуждения Есх = 84 МэВ и максимальным угловым моментом Lcr= 46h Эксперимент проводился при помощи установки BRS, работавшей как триггер для у-детекторной системы EUROBALL, с целью изучения специфических гипердеформированных резонансных состояний в компаунд-ядре 56Ni В конкретной работе основное внимание было сконцентрировано на спектроскопических исследованиях продуктов распада этого ядра Для анализа данных использовалась аналогичная, как и в предыдущей реакции, методика выделения выходных каналов с помощью Z, - Z4 корреляций Это привело к обнаружению интересного эффекта в фЗ - ф4 распределении

I !омимо упомянутых широких и узких частей (см. рис 4) в этих распределениях, наблюдался аномально большой выход событий в каналах, интерпретировавшихся как [ройной а-кластерный распад {узкая компонента в корреляциях фЗ - <р4 при Л7. = 6, см. рис, 4. г). К тому же, ширины в распределениях широких, при переходе от канала с AZ = 4 к каналу с 47. = 6 практически не меняются. Применение методики разработанной для определения содержания примесей в мишени, позволило однозначно их идентифицировать (в мишени содержится кислород с процентным содержанием в диапазоне 45 — 61 %). и сделать вывод о наличии еще одного входного капала исследуемой реакции, а именно: + О. Следовательно,

теперь можно изучать распады двух составных систем - 6№ и соответствующие бинарные и тройные каналы.

С г в

Бии^шин

■ 1г=1>

21+14

(а)

!

1 н.и.ф;| 1\412 I ¡ыьфа 21410

ЯЛ ЙН 1 я . Д2-4 ¡в «в

л г«

Я Л 1 \ " и

« +4

(5!

1®

+4

& 6

JLl.ll.rfKI

гш

ш >

1« 2»

и!

Рисунок 4. фЗ - <р4 угловые распределения для реакции 3 +

Анализ дифференциальных сечений выходных каналов распада компаунд-ядра ТЫ}, позволил выявить тот же самый «четко-нечетный» эффект, как и в предыдущей реакции объясняющийся на основе статистической модели с привлечением величин энергий реакции.

В заключении кратко сформулированы основные результаты представленной работы. Отмечено, что использование уникальных свойств экспериментальной установки дало возможность довольно широко рассмотреть механизмы распада составных систем, образованных в реакциях ,('Аг + и 125 + Пред-

ставленная методика позволила чет ко выделять и исследовать различные типы распада этих систем, что послужило дополнительным стимулом для поиска и изучения гипердеформированных состояний в составных ядерных системах средней группы масс.

Основные результаты диссертации, выносимые на защиту:

1 Была проведена комплексная обработка экспериментальных данных реакции збАг -f * Mg с образованием составной системы Zn

2 Для этой реакции определены различные механизмы распада ядра 60Zri, и с помощью кинематических расчетов создана модель тройного а-кластерного распада, согласующаяся с экспериментальными данными

3 Разработан метод идентификации примесей в мишени, а также усовершенствована процедура энергетической калибровки данных с ионизационной камеры Брэгга, позволившая определить энергию фрагментов распада ядра 60Zn

4 Определены дифференциальные сечения различных выходных каналов распада составной системы 60Zn

5 Обнаружен и объяснен «четно-нечетный» эффект, заключающийся в превышении сечения образования выходных каналов распада, сформированных четными фрагментами, над каналами, сформированными нечетными фрагментами

6 Проведена обработка экспериментальных данных реакции 32S + 2'Mg с образованием составной системы 56Ni

7 Применение методики определения примесей в мишени позволило выявить дополнительный входной канал ,2S + 160, и наряду с бинарными и тройными а-кластерными распадами ядра 56Ni рассматривать распады ядра 48Сг

8 Рассмотрены дифференциальные сечения различных выходных каналов распада составной системы 56Ni Обнаружен также «четно-нечетный» эффект, что позволило сравнить эти результаты с аналогичными в реакции 3бАг + 24Mg, и сделать выводы о идентичности природы возникновения данного эффекта для обеих реакций

В заключение хочу выразить искреннюю благодарность профессору К А Гридневу и профессору В фон Оертцену за научное руководство, содержательные дискуссии и полезные замечания Также выражаю особую признательность своим коллегам из Объединенного Института Ядерных исследований, г Дубна, Института Гана и Майтнер, г Берлин и Санкт-Петербургского Государственного Университета Отдельные слова благодарности адресую своей семье

Список цитированной литературы

1 S Cohen, F Plasil and W J Swwtccki, Ann Phys 82 (1974), 557

2 I Ragnarsson, S G Nilsson and R К Shcline, Phys Rep 45 (1978), 1

3 J Zhang, А С Merchant, and W D M Rae, Phys Rev С 49 (1994) 562

4 G Royer, J Phys G21 (1995)249

5 С Beek, A Szanto de Toledo, Phys Rev C, Vol 53, N4, 1989 (1996)

Основные результаты диссертации представлены в работах:

1 W von Oertzen, В Gebauer, V Zherebchevsky, G Efimov, S Thummerer «Coplanar ternary decay of the excited hyper-deformed N=Z nucleus ~v'Ni» // Int Conf, INPEC 2004, Goteborg, Sweden (2004)

2 В И Жеребчевский_ «Исследование свойств ядерных молекул Деление ядер легкой группы масс» // Сборник трудов Девятой Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специалистов, СПб , 2004, С 23-24

3 V Zherebchevsky, W von Oertzen, В Gebauer, S Thummerer, Ch Schulz,

H G Bohlen, Th Wilpert, D Kamanin «Ternary fission of the compound nucleus Zn formed ip the 24Mg + Ar reaction » // Proc 69 Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Berlin, Germany, 4-11 Maich, 2005

4 V I Zherebchevsky, D V Kamanin, W von Oertzen, В Gebauer, S Thummerer, 1 Ii Wilpert, H G Bohlen «Ternary fission from hyper-deformed states m 60Zn » // Proc conf 'Trontiers in the Physic of Nucleus", Saint-Petersburg, Russia, 2005

5 V Zherebchevsky, W von Oertzen, D Kamanin, S Thummerer, H G Bohlen,

В Gebauer, Tz Kokalova, Ch Schulz, С Wheldon «Binary fission and coplanar ternary cluster decay from hyper-deformed states in f'°Zn » // Proc 70 Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Munich, Germany, 20-25 March, 2006

6 В И Жеребчевский, В фон Оертцен, К А Гриднев, Д В Каманин «Тройной кластерный распад ядер 6°Zn » // Вестник СПбГУ, серия 4, 2007, вып 1, стр 113117

7 V I Zherebchevsky, W von Oertzen, D V Kamanm «Collinear ternary cluster decay of hyper-deformed MZn at high angular momentum » // Письма в ЖЭТФ, том 85, вып 3, стр 168-173,2007

8 V Zherebche\ sky, W von Oertzen, D Kamanin, В Gebauer, S Thummerer,

Ch Schulz, G Royer «Binary fission and coplanar cluster decay of 60Zn compound nuclei at high angular momentum » // Physics Letters B, 646, iss 1, pp 12-18, 2007

JIP 040815 от 22 05 97 Подписано к печати 24 04 07 Заказ 3170 Тираж 100 экз Объем 1 п л Отдел оперативной полиграфии НИИХ СПбГУ с оригннал-макета заказчика 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр 26

Введение.

Глава 1. Теоретические модели для описания бинарного и тройного кластерного распада составных ядерных систем.

1.1. Статистическая модель для описания процессов бинарного распада компаунд-систем.

1.2. Статистическая модель для описания процессов тройного кластерного распада компаунд-систем.

1.3. Бинарные и тройные кластерные распады ядер в модели жидкой капли при больших угловых моментах.

1.4. Альфа-кластерная модель.

Глава 2. Установка «Спектрометр Бинарных Реакций (БРС)».

2.1. Многопроволочные счетчики низкого давления.

2.2. Ионизационная камера Брэгга (БИК).

Глава 3. Эксперимент Ar + Mg.

3.1. Метод выделения различных каналов реакции с помощью Z3 - Z4 корреляций.

3.2. Анализ угловых 03 - 04распределений.

3.3. Анализ угловых срЗ - ср4 распределений.

3.3.1. Четыре доказательства того, что представленная реакция идет не на ядрах 160 или 12С, а в основном на ядрах 24Mg.

3.3.2. Оценка содержания кислорода в мишени с использованием анализа срЗ - ср4 распределений для процессов с нечетным «потерянным» зарядом.

3.4. Энергетическая калибровка.

3.5. Анализ двумерных распределений: ТКЕ - (срЗ - <р4).

3.6. Двухступенчатая модель реакции и кинематические расчеты для нее.

3.7. Дифференциальные сечения различных выходных каналов. Сечения образования отдельных фрагментов.

3.8. Угловые распределения продуктов реакции.

Глава 4. Эксперимент S + Mg.

4.1. Разделение различных выходных каналов реакции.

4.2. Угловые распределения фЗ - ф4.

4.3. Кислород в мишени.

4.4. Дифференциальные сечения продуктов реакции.

Исследования ядерных систем, формирующихся в реакциях с тяжелыми ионами при больших переданных угловых моментах, в ядрах среднего массового диапазона от А = 30 до А = 80, есть одна из интереснейших тем изучения на протяжении последних десятилетий. К тому же, возникновение кластерных конфигураций при распаде таких состояний, создаёт дополнительную интригу в ходе всестороннего анализа динамики делительных процессов указанных ядерных структур. Особенно интересным представляются поиски гипердеформированных конфигураций в делящейся системе, что достаточно хорошо предсказывается и описывается с помощью теоретических моделей [1 - 11], но на сегодняшний день недостаточно полно изучено экспериментально [12]. Такие конфигурации образуются в результате взаимодействия ускоренных тяжелых ионов с веществом мишени, с формированием возбужденной компаунд-системы. Причем процесс формирования может сопровождаться возникновением различных деформированных (супер- и гипердеформации) состояний этих компаунд-систем. Напомним, что под супер-и гипердеформациями следует понимать вытянутые квадрупольные деформации ядер с соотношением большой оси к малой оси эллипсоида вращения 2:1 для супердеформации и 3:1 для гипердеформации (параметр деформации р2 в первом случае составляет ~ 0.6, а во втором ~ 0.8 - 1.0), соответственно. Возбуждение снимается путем испускания компаунд-системой у-квантов, легких заряженных частиц (нуклоны, а-частицы) - это так называемые реакции «слияния - испарения», а также путем распада исходной системы на два фрагмента - это реакции «слияния - деления». В последнем случае может реализовываться как и тройной распад с образованием а-кластерных структур, так и чисто бинарный распад, а также двойной распад, где один из фрагментов будет тоже гипердеформирован, что позволит ему снимать возбуждение посредством испускания у каскадов. Таким образом, ведущая роль в изучении этих процессов отводится методам у- спектроскопии в совокупности с методами спектрометрии заряженных частиц. На практике данная задача решается с использованием больших у-детекторных установок (OSIRIS, Nrdball [13], GASP [14 - 15], Gammasphere [16], Euroball [17]), требующих высокой эффективности регистрации у-квантов и значительного числа отдельных детекторов в сборке для того, чтобы как можно больше у-квантов регистрировалось в отдельном событии. Для более комплексного анализа выделенного канала реакции, эти у-установки работают вместе с детекторами заряженных частиц (см. гл. 2, BRS) от которых требуется высокое пространственное и энергетическое разрешение.

Хронология событий, относящихся к изучению процессов по указанной тематике показывает, что первые исследования начались с 80-х годов

10 прошлого века, когда была открыта супердеформация в ядрах Dy [18]. Затем были предприняты попытки найти гипердеформированные состояния в том же ,52Dy [19 - 20] и в ,47Gd [21]. Однако как показала практика, поиски таких состояний в тяжелых ядрах при больших угловых моментах с помощью методов у-спектроскопии [12], составляют довольно трудоемкую задачу (частично еще и потому, что возникает конкуренция с некоторыми делительными модами реакции). С другой стороны, большой интерес представляет изучение механизмов деления этих состояний и, в частности, тройной кластерный распад (в выходном канале реакции образуются два фрагмента и а-кластер), а также конкуренция этого процесса с чисто бинарным распадом (в выходном канале реакции образуются только два фрагмента). В дальнейшем обзоре будет рассмотрена эволюция экспериментальных данных, начиная с изучения бинарных распадов и заканчивая тройным кластерным делением.

При исследованиях ядерных систем легкой и средней группы масс (Акомп < 80), образующихся в результате реакций взаимодействия тяжелых ионов с ядрами мишени, в отдельных экспериментах обнаружилось в угловом распределении продуктов реакции аномально большое сечение упругого рассеяния под большими углами. После проведения в этом направлении ряда работ [22 - 24] было предложено несколько механизмов, объясняющих причины увеличения выходов фрагментов под большими углами в упругие и неупругие каналы. В частности, данный эффект мог объясняться и как процесс формирования ядерных молекулярных конфигураций, и как реакция с образованием двойной ядерной системы [25], и как упругое компаунд-рассеяние, в котором деление компаунд-ядра происходит обратно в упругий канал. В конечном счете, возобладала гипотеза о том, что это увеличение сечений под большими углами предполагает формирование долгоживущей двойной ядерной системы, имеющей большую деформацию. Эта гипотеза согласуется с моделью, в которой для реакций глубоко неупругих передач два сталкивающихся фрагмента прилипают друг к другу и испытывают конечное вращение перед распадом. В итоге, для описания реакций с тяжелыми ионами при больших переданных угловых моментах, рассматривается два механизма реакции: описанное выше, образование двойной ядерной системы с ее последующим распадом и механизм обычного образования компаунд-системы также с ее дальнейшим распадом [26].

Далее, можно выделить три массовые области образования составных ядерных систем легкой и средней групп масс: область, где формируются достаточно легкие составные системы, с АК0Мп = 20 - 32, область средних составных систем, с АК0Мп = 32 - 56 и область более тяжелых систем, с АКОМп -5680.

Для реакций, приводящих к образованию первой из указанных областей, характерны определенные трудности с установлением механизма формирования выходных фрагментов. Здесь для того, чтобы определить какой из механизмов ответственен за образование конкретного зарегистрированного элемента, рассматривают его кинетические характеристики в совокупности с соответствующими расчетами по статистической модели. Так в [27] для реакции 9Ве + ПВ с помощью описанной процедуры, в экспериментальном спектре скоростей элементов бора удалось выделить две компоненты, характеризующие разные процессы его образования. В дальнейшем, для реакций ю,1 ig + iig р8] анализ энергетических спектров и функций возбуждения продуктов реакции позволил установить реализацию механизма «слияния -испарения» для упомянутых процессов. С другой стороны в реакции ,0В + 10В [28] наблюдалось значительное уменьшение сечения «слияния» по сравнению с расчетным. Привлечение кинематического анализа распределения скоростей отдельных фрагментов, дало основания строить предположения об образовании двойной ядерной системы с последующим ее бинарным распадом. Экспериментальная ситуация несколько упрощается для реакций использующих массово асимметричные входные каналы. Здесь использование инверсной кинематики позволяет довольно четко идентифицировать «ми-шенно-подобные» продукты реакции и, например, для реакций ,7'180 + ,0'ПВ и ,9F + 9Ве из [29] установить бинарную природу распада компаунд ядра А1

I о 11 реакция О + В при энергии пучка Елаб = 63 МэВ). К тому же, для полноты картины в реакциях ,80 + пВи ,70 + ПВ в эксперименте использовалась техника совпадений, с помощью которой выделялись фрагменты реакции (Zj и Z2) согласно Zj + Z2 = ZK0Mn. Важный результат этих исследований заключался в том, что процесс вторичной эмиссии легких заряженных частиц после деления составной системы на два осколка был очень незначительным! Данные, говорящие в пользу образования статистически устойчивой компаунд системы были получены в реакциях ,80 + 10В и 19F + ^е [29] в каждой из которых образовывалось компаунд ядро А1. В указанных случаях проверялась гипотеза Бора, согласно которой распад составного ядра зависит только от энергии, момента количества движения и четности, но не зависит от способа его образования. Проверка состояла в сравнении отношения сечений для различных выходных каналов (при конкретных входных каналах) как функции энергии возбуждения испущенных фрагментов. Полученные результаты, давали основания полагать, что в указанных реакциях образуется, а затем и распадается компаунд-система 28А1.

Теперь рассмотрим массовую область средних составных систем, Акомп = 32-56. Началось все с изучения неупругого рассеяния под задними углами в реакции 20Ne + 12С [30]. Анализируя угловые распределения, было показано, что большинство из их характеристик описывает процессы образования дол-гоживущеи, вращающейся двойной ядерной системы 20Ne + С. Более детальное исследование этой системы сделано в [31], где в функции возбуждения реакции (функция возбуждения реакции - это выход реакции в функции от кинетической энергии) обнаружено резонансное поведение для некоторых выходных каналов. Эти квази-молекулярные резонансы простираются в область, где полная кинетическая энергия в выходном канале согласуется с механизмами образования двойной ядерной системы. Более удачный пример для реализации такого механизма, можно привести из исследований реакции 28Si + ,2С. Изучение этого процесса продолжается на протяжении вот уже более трех десятков лет [32 - 34] и наиболее четко показывает существование долгоживущих двойных ядерных систем в этой реакции, а также демонстрирует сильные резонансные структуры в ее упругих и не упругих выходных каналах [35 - 37]. С другой стороны, предположение о формировании указанных двойных систем можно проверить с использованием идеи о зависимости сечения образования фрагментов от входных каналов реакции (в противоположность гипотезе Бора). Работы в этом направлении были сделаны для ядер 40Са, получающихся в реакциях 24Mg + 160 и 28Si + 12С [38]. Проверялось отношение сечений образования кислорода к углероду для этих реакций как функции их энергии возбуждения. Если образуется компаунд-ядро, с последующим делением, то отношение сечений в выходных каналах в представленных реакциях должны совпадать. В исследуемом случае, сечения не совпадают, что говорит о сильной зависимости распадной системы от входных каналов и, следовательно, не «компаундном» механизме реакции см. графики из [38]). В завершение отметим, что в большинстве случаев, процессы с образованием двойной ядерной системы характеризуются небольшим числом открытых каналов реакции. В дальнейшем, при переходе к более тяжелым составным системам от Акомп = 42 до АК0Мп= 44 число открытых каналов реакции увеличивается, и сечение образования двойной ядерной системы падает, что свидетельствует в пользу механизма образования компаунд-ядер с их последующими распадами. Это хорошо проявляется в реакциях AI + 160 [39], 32S + 12С [40], 28Si +160 [41].

Ядерные реакции, образующие составные системы в массовом диапазоне от Акомп = 44 до Акомп = 56 и далее к большим массам, практически все идут через формирование компаунд-систем и их распад. Так, например, в ре

1Л If лт акциях Р + О [42] и С1 + С [43], образующих компаунд-ядро V, снова проверялась гипотеза о независимости выходных каналов реакции от входных. Эксперименты ставились с учетом равенства энергии возбуждения соответствующих составных систем и сравнительно близкими угловыми мо

11 1А ментами. Обнаруженные сечения образования Си О оказались сравнительно равными величинами, и их значения были намного меньше, чем это предсказывает модель для описания вращающихся двойных ядерных систем. К тому же, отношение сечений углерода к кислороду не показало зависимости выходных каналов реакции от входных, что свидетельствует в пользу статистического распада составной системы, то есть прохождение реакции с помощью образования компаунд-ядра. Далее была хорошо изучена 56Ni компаунд-система, образованная в реакциях 160 (Елаб = 69-87 МэВ) + 40Са [44], 28Si (Елаб = 85- 150 МэВ) + 28Si [45] и 32S + 24Mg [46]. Особенностью данных исследований являлось то, что функция возбуждения упругих и неупругих каналов реакции

28Si + 28Si имела небольшое резонансное поведение, хотя и не столь ярко выраженное. В целом же, для всех указанных реакций характерен механизм «слияния - деления». Наиболее полно это проявляется в ре

ЧЛ A J Ai -1<Ч акции S + Mg, где энергетический спектр возбуждения для канала Mg( S,

28Si)28Si прекрасно согласуется с расчетами по статистической модели с использованием так называемых переходных состояний (модель хорошо описывает распады составного ядра, и подробнее она будет рассмотрена в гл. 1). Для более полного анализа этой реакции, детектировались у-кванты в совпа

ЛЙ дении с Si фрагментами деления, и затем эти у-спектры сравнивались с модельными расчетами. В основном, обнаруженные и предсказанные переходы для специфических состояний в 28Si довольно хорошо согласуются. Еще, качественное сравнение показывает большую заселенность полосы 0J в Si. Предполагается, что эта полоса характеризует сильно вытянутую деформированную структуру [47] и соответствующее увеличение заселенности может являться результатом возникновения относительно деформированных форм для образующихся фрагментов деления. В завершении коснемся экспериментальных исследований энергетического и спинового разделения между выходными фрагментами в реакции 24Mg(32S, ^C^Ti при Елаб = 140 МэВ, где у

19 спектры получены в совпадении с ядрами С [48]. Результаты также показывают статистическую природу этого процесса в хорошем согласии с расчетами по соответствующей теоретической модели.

В реакциях с образованием более тяжелых компаунд систем с Акомп = 56 до Акомп = 80 механизм «слияния - деления» практически полностью доминирует. Это доказывают процессы 35С1 + 24Mg [49 - 50], 32S + 45Sc [51], 32S + 59Co [52], для которых с помощью техники кинематических совпадений определялись выходы фрагментов бинарных распадов. В тяжелых составных системах с Акомп около 80 наблюдается массово-асимметричное деление: реакции 40Са + 40Са [53] и 28Si + 50Сг [54]. Причем массовые распределения фрагментов этих реакций различаются, несмотря на то, что делительные параметры у обеих систем почти одинаковые. Подводя итоги исследований массового диапазона компаунд ядер от 56 до 80 можно отметить еще одну тенденцию в делении этих ядер, а именно, начинающие проявляться эффекты трех-частичного распада с характерными значительными деформациями (гипердеформации) в изучаемых компаунд-системах.

Как было отмечено выше, существует достаточно большое количество теоретических моделей и методов, предсказывающих тройной распад компаунд-систем из гипердеформированных состояний. Если говорить о сравнительно легких системах, то следует упомянуть расчеты для компаунд 36Аг, основанные на микроскопических правилах отбора с помощью SU(3) симметрии [55]. В работе рассматривается распад Аг на два фрагмента и а-кластеры представляющие собой дважды-магические ядра 4Не и ,60 (дважды-магические ядра энергетически стабильнее чем другие и поэтому более предпочтительнее искать кластерные конфигурации в распадах, где один из кластеров имеет полностью заполненную оболочечную структуру). Найдено значительное количество делительных каналов, где может реализовываться такой процесс тройного а-кластерного распада из гипердеформированных состояний. С другой стороны, кластерные распады исследовались с применением Bloch-Brink а-кластерной модели [56]. Расчеты проводились для гипер

•yr JO деформированных состояний в Аг и Сг компаунд-системах. С точки зрения а-кластерной модели эти конфигурации могут описываться как 160 + 160 + а и ,60 + ,60 + 160, соответственно и представлять собой линейно-вытянутую распадную систему. Теория предсказала гипердеформированные резонансные уровни для 36Аг и 48Сг (с соотношением большой оси к малой как 3:1), которые можно отождествить с наблюдаемой резонансной структурой в реакциях ,60+ 20Ne [57] и 24Mg + 24Mg [58]. Хотя в более поздних экспериментах [59] в реакции 24Mg + 24Mg и распада соответствующего компаунд-ядра 48Сг в канал ,60 + 160 + 160 не было обнаружено доказательств реализации такого процесса (три эксперимента с разными энергиями 24Mg, причем в последнем эксперименте измерялись у-спектры для поиска характерных у-переходов в 160). Для более сложной 56Ni компаунд-системы, образо

ЧЛ АО ванной в реакции Si + Si, расчеты по а-кластерной модели не дают удовлетворительного описания резонансных уровней, хотя предсказывают реализацию вытянутых распадных конфигураций составной системы при угловых моментах больше 34h [3].

Довольно качественные предсказания для возникновения гипердефор-мированных конфигураций в компаунд-ядрах и их последующий распад в трех-частичный канал делаются на основе жидко-капельной модели с использованием квази-молекулярных форм [9 - 11]. В данном подходе показано, что для распада компаунд-ядер 44Ti, 48Cr, 56Ni, ^Zn тройные процессы будут конкурировать с бинарными распадами, вследствие понижения их барьера деления при больших переданных угловых моментах (подробнее см. гл. 1).

В более тяжелых компаунд-системах, образованных в реакциях S + 45Sc [51] и 32S +

Со [52], похоже, было обнаружено значительное увеличение выходов фрагментов реакции, соответствующих трех-частичному распаДУ

Также была проведена серия экспериментов по поиску специфических гипердеформированных резонансных состояний в 56Ni, образованном в реак

32 24 32 ции S + Mg при ЕЛаб ( S) = 163 МэВ с помощью у-спектроскопии осколков реакции 44,46Ti [60]. Обработка у-данных продолжается и в настоящий момент. В этой и другой реакции 3бАг + 24Mg [61] большое внимание заслуживает анализ данных по заряженным фрагментам, который может ответить на вопрос о существовании тройных а-кластерных распадов из гипердеформированных состоянии компаунд ядер

56Ni и ^Zn (более подробно см. гл. 3 и 4).

Подводя итог этому обзору, хочется выделить проблемы, задачи в процессе изучения составных ядерных систем, и наметить пути их решения. Основной проблемой возникающей в реакциях с образованием компаунд-систем является конкуренция различных каналов распада. Выбор и исследование из всего многообразия делительных мод нужного канала, будь то бинарный распад на два фрагмента, или тройной кластерный распад - важная задача, решаемая в корреляционных экспериментах с привлечением техники кинематических совпадений, всесторонним анализом экспериментальных данных (необходимо учитывать и определять кинематические характеристики фрагментов реакции), а также с использованием расчетов по соответствующим теоретическим моделям. Еще одна проблема, которая может возникать в таких реакциях это идентификация механизма образования составной системы (реакции могут идти с образованием двойных ядерных систем, а также на ядрах примесей, содержащихся в мишени). Решение данной проблемы состоит в комплексном анализе экспериментальных данных.

В заключение отметим, что применяя хорошо разработанные методы, основанные на расчетах по статистической модели, удается проанализировать и установить природу распада компаунд-систем, образующихся в реакциях с тяжелыми ионами. Также в совокупности с этими теоретическими моделями, анализ экспериментальных данных, сечений образования фрагментов, функций возбуждения и т.д. позволяет довольно точно идентифицировать механизмы образования этих систем. Таким образом, в свете всего сказанного, можно утверждать, что всестороннее изучение процессов распада составных систем формирующихся в ядерных реакциях при различных энергиях налетающего иона, есть довольно сложная и интересная задача. Её решение способно пролить свет на динамику деления, а также исследовать экзотические процессы, возникающие в таких системах.

Основная цель, к которой была направлена данная диссертационная работа, заключалась в конструктивном и всестороннем исследовании бинарных и тройных кластерных распадов компаунд систем mZn и 56Ni образованных в

1/L А ядерных реакциях Ar + Mg и S + Mg, соответственно. В работе анализировались данные, полученные с проведенных многопараметрических корреляционных экспериментов с использованием уникальных детекторных установок. Это позволило довольно существенно продвинуться вперед в понимании процессов, происходящих в этих реакциях.

В главе I настоящей работы описаны теоретические модели и предпосылки для реализации бинарных распадов и тройного кластерного деления из гипердеформированных конфигураций исследуемых компаунд-систем ^Zn и 56Ni.

В главе II приведено подробное описание экспериментального комплекса с соответствующими методами регистрации фрагментов реакции, характерными для различных детекторных модулей указанной экспериментальной установки.

В главах III и IV описан комплексный анализ данных, изучаемых реак

Ч/ А i «Л А 1 ции Ar + и JZS + Mg, с обязательным обсуждением результатов для каждой реакции.

В заключение кратко сформулированы основные результаты представленной работы.

Результаты работы могут быть использованы другими группами и лабораториями, работающими над изучением процессов тройного кластерного распада составных ядерных систем, а также поиском гипердеформированных состояний в них. В частности, группой из Объединенного Института Ядерных Исследований, г. Дубна, Россия, группой из Свободного Университета, г. Берлин, Германия, группой из Университета Ювясюоля, Финляндия, лабораторией Института Гана и Майтнер, Берлин, Германия.

Заключение.

Представленная диссертационная работа была направлена на изучение бинарных и тройных а-кластерных распадов компаунд-систем 60Zn и 56Ni,

Ч / А Л Ю 4 1 сформированных в реакциях Ar+ Mg и S+ Mg при энергиях возбуждения этих систем 88 МэВ и 83.8 МэВ, соответственно. Как видно, значение энергий возбуждения почти совпадают, что делает процессы образования и распада указанных компаунд-систем тождественными и дает возможность в равной мере, с помощью разных реакций, подойти к изучению вопроса о механизмах деления этих систем.

Опираясь на теоретические модели, представляющие распад составной ядерной системы как статистический процесс и используя формализм а-кластерной модели и обобщенной модели жидкой капли, а также предсказания Harvey, была построена доказательная база для последующих экспериментальных поисков гипердеформированных состояний в ядрах 60Zn и 56Ni. Эти эксперименты выполнялись на комбинированных детекторных установках для регистрации заряженных частиц и у-квантов: БРС - OSIRIS и БРС - Euroball. Отличительной особенностью этих установок являлось то, что входящие в их структуру детекторные телескопы БРС могли работать и как триггер для 4я-детекторов у-частиц OSIRIS, Euroball, и как независимые детекторные системы. Причем информация, полученная с этих модулей, используется для идентификации типа регистрируемых фрагментов реакции, определения их кинематических характеристик, энергии, и выделения соответствующих выходных каналов. Таким образом, все эти данные позволяют всесторонне и комплексно исследовать делящиеся системы и делать выводы о реализации того или иного вида распада.

В реакции 36Ar + 24Mg с образованием ^Zn применение методики Z3 -Z4 корреляций позволило четко выделить различные выходные каналы деления компаунд-системы, и с помощью анализа узких и широких компонент в фЗ - ф4 распределении определить два различных механизма распада ядра 60Zn: бинарный распад на два фрагмента и тройной а-кластерный распад (распад на два фрагмента и а-кластер между ними). Детальный анализ данных (выработан специальный алгоритм определения примесей в мишени) способствовал исключению влияния примесей в мишени на объяснение механизмов реакции. Дальнейшие кинематические расчеты для тройного а-кластерного распада позволили предложить двухступенчатый механизм деления ядра согласно которому на первом этапе происходит образование системы из двух осколков, а на втором - испускание а-кластеров назад одним из осколков. К тому же, с помощью специально разработанной процедуры энергетической калибровки данных с Ионизационной Камеры Брэгга, были получены энергии фрагментов и обнаружена значительная концентрация экспериментальных событий для тройного деления в области «высоких» энергий. Этот феномен тоже хорошо объясняется с применением двухступенчатой схемы распада. Определение сечений различных выходных каналов позволило обнаружить «четно-нечетный» эффект. Эффект заключается в превышении сечения выходных каналов распада, образованных фрагментами с четными Z над сечениями выходных каналов, образованных фрагментами с нечетными Z. Он может быть объяснен с применением статистической модели распада компаунд-систем, в которой выходы продуктов реакции зависят от энергии реакции (Q), а в нашем случае Q-реакции на 5 - 10 МэВ больше для четных каналов распада, что и предопределяет их большую вероятность возникновения. Здесь же, следует упомянуть о практически равных сечениях для бинарного распада с последующим испусканием 2-х, 3-х а-частиц и сечений для тройного кластерного распада тоже с испусканием 2-х и 3-х а-частиц, что хорошо согласуется с предсказаниями по обобщенной модели жидкой капли о равенстве барьеров деления в обоих случаях. В заключении анализ угловых распределений продуктов реакции позволяет делать выводы о способе образования делящейся системы, и свидетельствует в пользу механизма формирования компаунд-ядра с его последующим распадом.

В реакции 32S + 24Mg с образованием 56Ni для анализа данных была использована аналогичная методика Z3 - Z4 корреляций, что привело к обнаружению интересного эффекта в фЗ - ф4 распределении. Помимо упомянутых узких и широких частей в этих распределениях, наблюдался аномально большой выход событий в каналах, интерпретировавшихся как тройной а-кластерный распад (узкая компонента в корреляциях фЗ - ф4 при A Z = 6). Применение методики разработанной для определения содержания примесей в мишени, позволило однозначно их идентифицировать (в мишени содержится кислород), и сделать вывод о наличии еще одного входного канала исследуемой реакции, а именно: 32S + 160. Следовательно, теперь можно изучать распады двух составных систем - 56Ni и 48Сг в соответствующие бинарные и тройные каналы. Анализ дифференциальных сечений выходных каналов распада компаунд-ядра 56Ni, позволил выявить тот же самый «четно-нечетный» эффект, как и в предыдущей реакции объясняющийся на основе статистической модели с привлечением величин энергии реакции.

Таким образом, использование уникальных свойств экспериментальной установки дало возможность довольно широко рассмотреть процессы

Л ^Л распада составных систем, образованных в реакциях Аг + Mg и S + Mg. Представленная методика позволила четко выделять и исследовать различные типы распада этих систем, что придало большой импульс для изучения процессов формирования гипердеформированных конфигураций в компаунд-системах с большим угловым моментом и последующим их тройным а-кластерным делением. Следующим шагом на пути к пониманию таких сложных ядерных реакций будет всесторонний анализ данных с у-детекторных модулей по поиску у-каскадов испускаемых этими гипердеформированными образованиями. Это сможет еще больше укрепить веру в их реальное существование и продвинуться вперед в изучении экзотических процессов распада составных ядерных систем.

1. S. Cohen, F. Plasil and W. J. Swiatecki, Ann. Phys. 82 (1974), 557.

2. S. Cohen and W. J. Swiatecki, Ann. Phys. 22 (1963), 406.

3. J. Zhang, A. C. Merchant, and W. D. M. Rae, Phys. Rev. С 49 (1994) 562 and W.D.M. Rae in Proc., 5th Intern. Conf. on Clustering Aspects in Nuclear and Sub-nuclear Systems 1988, Kyoto, Prog. Theor. Phys. (Jap.), ed. K. Ikeda, (1989) p. 80.

4. G. Leander and S. E. Larsson, Nucl. Phys. A 239 (1975), 93.

5. S. Aberg, H. Flocard and W. Nazarewicz, Ann. Rev. Nucl. Science, Vol. 40,439 (1990).

6. S. Aberg and L. O. Joensson, Z. Phys. A 349,205 (1994).

7. Ragnarsson, S. Aberg and R.K. Sheline, Phys. Scr. 24,215 (1981). 8.1. Ragnarsson, S.G. Nilsson and R.K.Sheline, Phys. Rep. 45,1 (1978).

8. G. Royer and F. Haddad, J. Phys. G 21,339 (1995).

9. G. Royer, J. Phys. G 21,249 (1995).

10. G. Royer, F. Haddad and J. Mignen, J. Phys. G 18,2015 (1992).

11. B. Herskind et al., 2003, in «Achievements with the Euroball spectrometer», eds. W.Korten and S. Lunardi.

12. B. Herskind et al., Nucl. Phys. A 477,353 (1985).

13. GASP Collaboration Report. INFN/BE-90/11 (1990).

14. C. Rossi-Alvarez. Nucl. Phys. News Europe 3(3), 10 (1993). 16.1.Y. Lee. Nucl. Phys. A 520,641v (1990).

15. J. Simpson. Z. Phys. A 358, 139 (1997).

16. P.J. Twin et al., Phys. Rev. Lett. 57,811 (1986).

17. A. Galindo-Uribarri et al., Phys. Rev. Lett. 71,231 (1993).

18. G. Viesti et al., Phys. Rev. С 51,2385 (1995).

19. D.R. La Fosse etal., Phys. Rev. Lett. 74,5186 (1995).

20. P. Braun-Munzinger, J. Barrette, Phys. Rep. 87 (1982) 209.

21. K. Grotowski, Z. Majka, R.R. Bettis, et al., Phys. Rev. C31,1214 (1984).

22. P. Braun-Munzinger, G.M. Berkowitz, T.M. Cormier, et al., Phys. Rev. Lett. 38,944(1977).

23. D. Shapira, R. Novotny, Y.D. Chan, et al., Phys. Rev. Lett. 114 В, 111 (1982).

24. S. J. Sanders, A. Szanto de Toledo and C. Beck, Phys. Rep. 311,487 (1999).

25. L. Fante, R.M. Anjos, N. Carlin, et al., Nucl. Phys. A 552,82 (1993).

26. M.M. Coimbra, R.M. Anjos, N. Added, et al., Nucl. Phys. A 535,161 (1991).

27. R.M. Anjos, N. Added, N. Carlin, et al., Phys. Rev. C49,2018 (1994).

28. D. Shapira, J.L.C. Ford, R.G. Stokstand, et al., Phys. Rev. Lett. 43, 1781 (1979).

29. D. Shapira, J.L.C. Ford, Jr., J. Gomez del Campo, Phys. Rev. C26,2470 (1982).

30. D. Shapira, R. Novotny, Y.D. Chan, et al., Phys. Lett. 114 В, 111 (1982).

31. D. Shapira, D. Schull, J.L.C. Ford, et al., Phys. Rev. Lett. 53,1634 (1984).

32. A. Ray, D.D. Leach, R. Vandenbosch, et al., Phys. Rev. Lett. 57,815 (1986).

33. J. Barrette, M.J. LeVine, P. Braun-Munzinger, et al., Phys. Rev. C20, 1759 (1979).

34. M.R. Clover, B.R. Fulton, R. Ost, R.M. DeVries, Phys. Rev. Lett. 40, 1008 (1978).

35. R. Ost, M.R. Clover, R.M. DeVries, et al., Phys. Rev. C19,740 (1979).

36. A. Ray, S. Gil, M. Khandaker, et al., Phys. Rev. C31,1573 (1985).

37. D. Shapira, J.L.C. Ford, Jr., J. Gomez del Campo, P.H. Stelson, Phys. Rev. C21, 1824(1980).

38. R. Planeta, P. Belery, J. Brzychczyk, et al., Phys. Rev. C34,512 (1986).

39. J.M. Oliveira, A. Lepine-Szily, A.C.C. Villari, et al., Phys. Rev. C53, 2926 (1996).

40. A. Ray, D. Shapira, H.J. Kim, et al., Phys. Rev. C44,514 (1991).

41. C. Beck, B. Djerroud, B. Heusch, et al., Z Physik A 334,521 (1989).

42. S.J. Sanders, R.R. Betts, I. Ahmad, et al., Phys. Rev. C34,1746 (1986).

43. R.R. Betts, H.-G. Clerc, B.B. Back, et al., Phys. Rev. Lett. 46,313 (1981).

44. S.J. Sanders, D.G. Covar, B.B. Back, et al., Phys. Rev. C40,2091 (1989).

45. F. Glatz, P. Betz, J. Siefert, et al., Phys. Rev. Lett. 46, 1559 (1981).

46. S.J. Sanders, B.B. Back, R.V.F. Janssens, et al., Phys. Rev. C41,1901 (1990).

47. S. Cavallaro, C. Beck, E. Berthoumieus, et al., Nucl. Phys. A 583,161 (1995).

48. R. Nouicer, C. Beck, D. Mahboub, Z Physik A 356, 5 (1996).

49. P. Boccaccio, P.K. Mwose, L. Vannucci, et al., II Nuovo Cimento 106, 379 (1993).

50. G. Vannini, I. Massa, L. Lavagnini, et al., Europhys. Lett. 7,311 (1988).

51. P.M. Evans, A.E. Smith, C.N. Pass, et al., Nucl. Phys. A 526,365 (1991).

52. P.M. Evans, A.E. Smith, C.N. Pass, et al., Phys. Lett. B, 229,25 (1989).

53. A. Algora, J. Cseh, J. Darai, P.O. Hess, Phys. Lett. B, 639,451 (2006).

54. W.D.M. Rae, A.C. Merchant, Phys. Lett. B, 279,207 (1992).

55. J. Schimizu, W. Yokota, T. Nakagawa, et al., Phys. Lett. В 112,323 (1982).

56. A.H. Wuosmaa, R.W. Zurmuhle, P.H. Kull, Phys. Rev. С 41,2666 (1990).

57. A.S.J. Murphy, R.A. Le Marechal, S.J. Bennet, Phys. Rev. С 53, 1963 (1996).

58. S. Thummerer, B. Gebauer, H.G. Bohlen, W. von Oertzen, et al., Phzsica Scripta. Vol. T88,114(2000).

59. S. Thummerer, B. Gebauer, W. von Oertzen, M. Wilpert, II Nuovo Cimento 111, 1077(1998).

60. А.Г. Ситенко, Теория ядерных реакций, Москва, Энергоатомиздат, 1983, с. 352.

61. S. J. Sanders, Phys. Rev. С 44,2676 (1996).

62. F. Puhlhofer, Nucl. Phys. A 280, 267 (1977).

63. C. Beck, D. Mahboub, R. Nouicer, et al., Phys. Rev. С 54,227 (1996).

64. К.A. Farrar, S. J. Sanders, A.K. Drummer, et al., Phys. Rev. С 54,1249 (1996).

65. Т. Matsuse, С. Beck, R. Nouicer, D. Mahboub, Phys. Rev. С 55, 1380 (1997).

66. W. Hauser, H. Feshbach, Phys. Rev. 87,366 (1952).

67. A. Bohr, B.R. Mottelson, Nuclear Structure (Benjamin, New York, 1969), Vol.1.

68. В. Gebauer et al., «Search for y-Ray Transitions in Hyper-deformed 4N-Nuclei with A = 36 44», Euroball III proposal 98.31,1998.

69. V. Zherebchevsky, W von Oertzen, D. Kamanin, B. Gebauer, et al., Physics Letters B, 646, iss.l, 12 (2007).

70. О. Бор, Б. Моттельсон, Структура атомного ядра, т. 2, Москва, Мир, 1977.

71. С. Beck, A. Szanto de Toledo, Phys. Rev. С, Vol. 53, N4,1989 (1996).

72. H.J. Wiebecke, M. Zhukov, Nucl. Phys. A 351,321 (1981).

73. D.M. Brink, edited by C. Bloch, in «Proc. of the Int. School of Physics, Enrico Fermi Course XXXVI (Varenna)», p. 247 (1966).

74. D.M. Brink, E. Boeker, Nucl. Phys. A 91,1 (1967).

75. M. Harvey. In «Proc. 2nd Int. Conf. on Clustering Phenomena in Nuclei», p. 549, College Park, Maryland (1975).

76. S. Thummerer, Dr. Thesis, Freie Universitaet, Berlin, 1999.

77. B. Gebauer, Th. Kirchner, M. Wilpert, Th. Wilpert, H. Kluge, W. von Oertzen, «in Proc. Int. Conf. on the Future of Nucl. Spectroscopy», Crete, Greece, eds. W. Gelletly et al., p. 168,1993.

78. B. Gebauer et. al., "Ancillary detectors and devices for Euroball". (Edited by H. Grawe), 1998.

79. C. Schulz, Diplomarbeit, Hahn Meitner Institut, Berlin, 1995.

80. B. Gebauer, «it Achievements with the Euroball spectrometer», eds. W. Korten and S. Lunardi, p. 135,2003.

81. Th. Kirchner, Dr. Thesis, Freie Universitaet, Berlin, 1994.

82. G. Charpak, et al., Nucl. Instr. Meth., 148,471 (1978).

83. К. Клайнкнехт,«Детекторы корпускулярных излучений», М., «Мир», 1990.

84. С. R. Gruhn, et al., Nucl. Instr. Meth., 196, pp. 33-40 (1982).

85. В.И. Жеребчевский, В фон Оертцен, К.А. Гриднев, Д.В. Каманин, Вестник СПбГУ, серия 4,2007, вып.1, стр. 113-117.

86. V.I. Zherebchevsky, W von Oertzen, D. V. Kamanin, Pis'ma v ZhETF, vol. 85, iss. 3,168 (2007).

87. V.I. Zherebchevsky, W. von Oertzen, B. Gebauer, et al., 70. Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Munich 2006.

88. H. Morgenstern et al. Z. Phys. A 313 (1983) 39.1. Благодарности.

89. В процессе работы над представленным научным трудом его создатель получил неоценимую помощь и поддержку многих своих коллег и друзей. Автор считает своим долгом выразить благодарности:

90. Профессору Гридневу Константину Александровичу за всеобъемлющее научное руководство, содержательные дискуссии в отношении данной работы и критические замечания, сделанные по существу описанных проблем.

91. Своим коллегам Каманину Дмитрию Владимировичу и Ефимову Георгию из Лаборатории Ядерных Реакций Объединенного Института Ядерных Исследований за плодотворное сотрудничество и решение многих общих проблем возникавших в ходе создания этой работы.

92. Своим коллегам из берлинского Института Гана и Майтнер Тц. Кока-ловой, Г.Г. Болену, К. Вэлдону, Б. Гебауэру, К. Шульцу, С. Алимову и конечно Татьяне Дорщ за обширные дискуссии, критику и помощь в работе.

93. Своим коллегам из Института Физики Санкт-Петербургского Государственного Университета Торилову С. Ю. и Краснову Л. В., за обсуждение и ценные замечания, сделанные в ходе подготовке данной работы.

94. Своим друзьям из России и Германии за моральную и духовную поддержку, оказанную на протяжении всего времени работы над диссертацией.

95. В заключении автор произносит особые слова благодарности своей Семье за ту неповторимую атмосферу согласия, понимания и заботы, которая окружала автора все время работы над создаваемым им научным трудом.