Длительность распада возбужденных ядер изотопов протактиния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

г ъ ^

1 МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 539.172

Еременко Дмитрий Олегович ДЛИТЕЛЬНОСТЬ РАСПАДА ВОЗБУЖДЕННЫХ ЯДЕР ИЗОТОПОВ ПРОТАКТИНИЯ

01.04.16-физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА, 1993

: •••ч- в отделе физики атомного ядра

_________- л, ядерной физики МГУ

им.М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

0. А. Юминов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор И. М. Капитонов

доктор физико-математических наук М. Г. Иткис

Ведущая организация: Институт ядерных исследований Украинской АН Защита состоится "——"-££¿¿£$¡¿¿-1993 г. в "-^-"часов на заседании Специализированного Совета К-053.05.23 в Московском Государственном Университете им.М.В.Ломоносова. Адрес: Москва, 119899, НШЯФ МГУ, 19-корпус, ауд. 2-15. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НШЯФ МГУ. Автореферат разослан "—'"1993 г. Ученый секретарь

Специализированного Совета (__*

И

кандидат физико-математических наук / 0.В.Чуманова

I.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

Существенный прогресс в физике деления атомных ядер связан с созданием и последующим интенсивным использованием модели двугорбого барьера деления. До последнего времени в рамках этой модели традиционно рассматривались такре характеристики процесса деления как сечения, угловые распределения выхода осколков и др., являвшиеся интегральными по времени величинами. С другой стороны, исследование развития ядерного процесса во времени путем измерения такой его характеристики как длительность протекания, открывает новые перспективы изучения динамики прохождения ядром двугорбого барьера деления, так как наличие квазистационарных переходных состояний делящегося ядра во второй потенциальной яме отражается на временных характеристиках его распада. Это проявляется, в частности, в существовании временной задержки, обусловленной временем жизни возбужденных состояний во второй потенциальной яме и связанной с параметрами двугорбого барьера деления, а также с плотностью возбужденных состояний во второй потенциальной яме. Таким образом, экспериментальное определение длительности вынужденного деления тяжелых ядер позволяет получать информацию о параметрах двугорбого барьера деления и о плотности возбужденных состояний делящегося ядра при болыдих деформациях в широком диапазоне энергии возбуждения. Эти данные, как правило, не могут быть получены на основе традиционных характеристик. Необходимо отметить, что для ядер изотопов протактиния и тория расчетные значения параметров барьера деления не согласуются с экспериментальными данными и практически отсутствует экспериментальная информация о глубине второй потенциальной ямы.

Эта ситуация получила название "ториевой аномалии". При анализе экспериментальных данных по длительности деления тяжелых ядер до сих пор использовалось предположение о заселении возбужденных состояний во второй потенциальной яме вследствие диссипации кинетической энергии коллективного движения. Вопрос о вероятности заселения возбужденных состояний второй потенциальной ямы до настоящего времени оставался открытым.

Цель работы.

Основной цельо данной работы являлось экспериментальное обнаружение временной задержки в делении возбужденных ядер изотопов протактиния, которая связывается с временем жизни возбужденных состояний во второй потенциальной яме. Ставились также задачи исследования зависимости величины указанной задержки от конкретных параметров двугорбого барьера деления и получения на ее основе данных об абсолютных значениях плотности уровней во второй потенциальной яме и глубине второй потенциальной ямы исследуемых ядер изотопов протактиния. В настоящей работе решалась также задача расчета вероятности заселения возбужденных состояний во второй потенциальной яме актинидных ядер.

Научная новизна работы.

Впервые получены экспериментальные данные о длительности деления возбужденных ядер образующихся в реакции

"'ТЪСб.хпП в результате каскадной эмиссии нейтронов из возбужденных ядер в диапазоне энергий дейтронов Е<1=8.0+15.5 МэВ.

В рамках статистической теории ядерных реакций и модели двугорбого барьера деления выполнен анализ экспериментальных

1нных по длительности распада возбужденных ядер 232'233ра

Впервые обнаружена временная задержка в реакции деления ,2'"эРа, обусловленная временем жизни возбужденных состояний горой потенциальной ямы.

На основе экспериментально полученных зависимостей величины эеменной задержки деления возбужденных ^дер 232'2"ра от энергии эзбуждения определены абсолютные значения плотности уровней во горой потенциальной яме в диапазоне внутренних энергий эзбуждения от 6.0 до 14.0 МэВ и значения глубины второй инициальной ямы указанных ядер.

Проведен анализ экспериментально полученных зависимостей 5солютных значений плотности уровней во второй потенциальной яме р энергии возбуждения в рамках феноменологической модели ютности уровней. Показано, что для описания экспериментальных шных по плотности уровней во второй потенциальной ямы 232'233ра рамках этой модели необходимо предположение о нарушении ссиальной и зеркальной симметрии формы ядра в возбужденных гстояниях второй потенциальной ямы.

В рамках диффузионной модели деления атомных ядер показано, го для актинидных ядер возбужденные состояния второй инициальной ямы заселяются вследствие диссипации кинетической [ергии коллективного движения с вероятностью, близкой к единице.

1Учное и практическое значение работы.

Обнаружена временная задержка в делении возбужденных ядер, ¡условленная наличием конечного времени жизни возбужденных 'реходных состояний делящегося ядра во второй потенциальной яме.

Экспериментальное исследование временных характеристик

распада возбужденных ядер "»-"'ра позволило получить информацио об абсолютных значениях плотности уровней во второй потенциальной яме и параметрах барьера деления. Получение подобной информации иными традиционными способами является затруднительным.

В рамках диффузионной модели получены значения вероятности заселения квазистационарных состояний второй потенциальной ямы для актинидных ядер.

Результаты определения абсолютных значений плотности уровней во второй потенциальной яме, глубины второй потенциальной ямы и вероятности заселения возбужденных состояний во второй потенциальной яме могут послужить основой для дальнейшего совершенствования существующих теоретических представлений о характере зависимости плотности уровней атомных ядер от энергии возбуждения, а также для проведения взаимосогласованного анализа большой совокупности экспериментальных данных, относящихся к процессу деления.

Результаты расчетов вероятности заселения возбужденных состояний второй потенциальной ямы могут быть полезными при экспериментальном исследовании длительности процесса деления возбужденных актинидных ядер, а также при анализе энергетической зависимости делимостей атомных ядер.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Результаты измерения методом теней эффекта конечного времени жизни в реакциях а"ТЬ+с1 при энергиях дейтронов в диапазоне от 8 до 15.5 МэВ.

2. Результаты определения средней длительности деления возбужденных ядер 33 2,233Ра в диапазоне энергий возбуждения

44) МэВ.

Теоретический анализ длительности вьгаужденного деления ядер 1,233Ра в рамках модели двугорбого барьера деления с учетом змени жизни возбужденных состояний второй потенциальной ямы. Экспериментальное обнаружение временной задержки вынужденного гения *"<г"ра.

Результаты определения абсолютных значений плотности уровней во эрой потенциальной яме ядер 2Э2,23ЭРа в диапазоне энергий эбуждения от б до 14 МэВ и их теоретический анализ в рамках юменологической модели плотности уровней.

Теоретический анализ вероятности заселения возбужденных зтояний во второй потенциальной яме актинидных ядер, выполненный замках диффузионной модели деления.

эобация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на ¡гчных семинарах НИИЯФ МГУ, ИЯИ АН Украины Сг. Киев); были эдставлены на XXXIX, ХЬ, ХИ Всесоюзных совещаниях по ядерной эктроскопии и структуре атомных ядер (Ташкент 1989 г. , Ленинград 30 г., Минск 1991 г.), на Международной конференции по атомным элкновениям в твердом теле (Дания, 1989 г.), на XVIII и XIX эсоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц с исталлами (Москва 1988г., 1989г.), на Международной эле-семинаре по физике тяжелых ионов (Дубна, 1993 г.).

Зликации.

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ /1-12/.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 71 страницу машинописного текста, 19 рисунков, 7 таблиц и список литературы из 145 наименований. Всего 113 страниц.

II.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, кратко сформулированы основные цели работы, описано распределение материала по главам и перечислены основные положения, которые автор выносит на защиту.

В главе I рассмотрены физические основы и дан краткий обзор современного состояния метода измерения длительности деления возбужденных ядер, основанного на использовании эффекта теней. Здесь же представлены теоретические модели, привлекаемые для описания процесса деления тяжелых ядер. Рассматривается развитие представлений о барьере деления. Дано описание модели двугорбого барьера деления и совокупности экспериментальных явлений, получивших свою интерпретацию в рамках этой модели, йзложен подход к описанию временных характеристик распада возбужденных делящихся ядер в рамках модели двугорбого барьера деления, из которого следует наличие временной задержки распада возбужденных ядер по каналу деления относительно распада по любому другому каналу. Показано, что данная задержка обусловлена временем жизни возбужденных состояний во второй потенциальной яме и является чувствительной к параметрам барьера деления и к абсолютным значениям плотности уровней во второй потенциальной яме.

В главе II описана методика проведения экспериментов по змерению времени жизни делящихся ядер, образующихся при эмбардировке -монокристалла a"ThOa дейтронами. Дано описание эедварительной обработки экспериментальных угловых распределений зколков деления и приведены полученные значения эффекта конечного эемени жизни Д*. С помощью комплекса программ GFOT анализируются <спериментальные значения длительности деления возбужденных ядер i3,232pa Констатируется обнаружение временной задержки нительности деления возбужденных ядер "3'"2Ра, связанной с эеменем жизни возбужденных состояний во второй потенциальной яме. з значений временной задержки деления возбужденных ядер 2"'232ра гносительно распада по любому другому каналу извлечены данные о нотности возбужденных состояний и параметрах двугорбого барьера эления ядер-изотопов протактиния. Проведен анализ полученных зергетических зависимостей плотности уровней во второй этенциальной яме в рамках феноменологической модели плотности ровней, который позволил связать существенный рост абсолютных яачений плотности уровней во второй потенциальной яме по равнению со значениями плотности уровней при равновесной эформации со значительным возрастанием вклада эффектов эллективной природы. Анализ энергетической зависимости кспериментальных значений плотности уровней исследованных эзбужденных ядер изотопов протактиния при больших деформациях, эответствующих второй потенциальной яме, позволяет сделать вывод нарушении аксиальной и зеркальной симметрии формы исследуемых цер в состояниях второй потенциальной ямы.

В главе III дано описание диффузионной модели деления атомных дер и современных представлений о механизмах ядерной вязкости. В

рамках диффузионной модели деления атомных ядер проведен анализ вероятности заселения возбужденных состояний второй потенциальной ЯМЫ ЯДер *»«,«.,»,»,»3»^ "»-»"Ра, г*о,яз.,азтр^

исследовавшихся на предмет определения длительности процесса вынужденного деления. Показано, что вероятность заселения квазистационарных состояний во второй потенциальной яме актинидных ядер для всего используемого в экспериментах по определению длительности процесса деления диапазона энергий возбуждения и разумной величины приведенного коэффициента ядерной вязкости близка к единице и, следовательно, при анализе временных характеристик распада возбужденных актинидных ядер необходимо учитывать влияние конечного времени жизни возбужденных состояний второй потенциальной ямы двугорбого барьера деления.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В заключении кратко формулируются основные результаты, полученные автором:

1. Методом, основанным на эффекте теней, с использованием толстого монокристалла 2"ThOa впервые проведено измерение эффекта конечного времени жизни в реакциях a3aTh + d при энергиях дейтронов в диапазоне (8.О + 15.6) МэВ.

2. Из экспериментальных значений эффекта конечного времени жизни извлечены значения средней длительности деления возбужденных ядер '"^"Ра в диапазоне энергий возбуждения от 6.0 до 14.0 МэВ.

3. В рамках статистической теории ядерных реакций и с учетом двугорбой структуры барьера деления выполнен анализ процесса распада возбужденных ядер 233,2"Ра.

I. Впервые обнаружена временная задержка в реакциях деления : 3 3 3 2 Ра, обусловленная временем жизни возбужденных состояний ¡торой потенциальной ямы двугорбого барьера деления. 3. На основе экспериментальных значений величины временной )адержки деления возбужденных ядер 233,2Э2Ра определены абсолютные жачения плотности уровней во второй потенциальной яме в диапазоне шутренней энергии возбуждения от 6.0 до 14.0 МэВ и значения \лубины второй потенциальной ямы барьера деления указанных ядер. 5. Проведен анализ экспериментально полученных зависимостей »бсолютных значений плотности уровней во второй потенциальной яме >т энергий возбуждения в рамках феноменологической модели шотности уровней. Показано, что для описания экспериментальных (анных по плотностям уровней второй потенциальной ямы 2эз'гзгра с юмощью этой модели необходимо предположение о нарушении жсиальной и зеркальной симметрии формы ядра в возбужденных юстояниях второй потенциальной ямы.

В рамках диффузионной модели деления атомных ядер показано, что шя актинидных ядер возбужденные состояния второй потенциальной мы заселяются с вероятностью, близкой к единице.

)сновные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Еременко Д. 0. , Кордюкевич В.О., Сюткина Л. Н., Платонов С. Ю. , 'улинов А. Ф., Фотина 0.В., Юминов 0. А. Определение параметров ¡арьера деления изотопа 2ЭЗРа с использованием метода теней./ 'езисы докладов XVIII Всесоюзного совещания по физике (эаимодействия заряженных частиц с монокристаллами. МГУ. 1988.

46.

:. Еременко Д. 0. , Кордюкевич В. 0. , Платонов С. 0. , Фотина 0. В. ,

Юминов 0. А. Характеристики переходных состояний 2"Ра./ Тезисы докладов XXXIX Всесоюзного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. 1989. Наука. JI. С. 382.

3. Eremenko D.O., Kordyukevich V.O.f Melikov Yu.V., PlatonoY S. Tu., Tulinov A.F., Fotina 0. V. , Yuminov 0. A. Blocking technique study of the time characteristics of decay of excited heavy nuclei./ Book of Abstracts of 13-th International Conf. on Atomic Collisions in Solids. 1989. V.14. N23. P.945-948.

4. Eremenko D.0., Kordyukevich V.O., Melikov Yu. V., Platonov

5.Yu., Tulinov A.F., Fotina O.V. , Yuminov O.A. Blocking technique study of the time characteristics of decay of excited heavy nuclei.// Nucl. Instruments and Methods in Phys.Res. 1990. V.B48. P.216-218.

5. Еременко Д.0. , Платонов С.Ю., Юминов O.A. Вероятность затухания коллективного движения во второй потенциальной яме. / Тезисы докладов XL Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Наука. Л. 1990. С.356.

6. Еременко Д. 0., Кордюкевич В.0., Платонов С. Ю., Фотина 0. В., Юминов 0.А. Длительность распада возбужденных ядер изотопов протактиния. / Тезисы докладов XL Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Наука. Л. 1990. С. 354.

7. Бухаров А.С., Еременко Д.0., Платонов С. Ю. , Юминов 0. А Исследование влияния атомной структуры кристалла Th0a на чувствительность метода теней./ Труды XIX Всесоюзного совещания по физике взаимодействия заряженных частиц с монокристаллами. МГУ. 1990. С.63-66.

8. Еременко Д.0., Кордюкевич В.0., Платонов С. Ю. , Фотина О.В. ,

инов 0. А. Характеристики переходных состояний а"Ра. // раинский физический журнал. 1990. Т.35. N 6. С. 835-839.

Еременко Д. 0., Платонов С. Ю. , Юминов 0. А. Анализ вероятности селения квазистационарных состояний во второй потенциальной е. / Тезисы докладов XLI Международного совещания по ядерной ектроскопии и структуре атомного ядра. Наука. JI. 1991. С.403. . Еременко Д.0., Платонов С. Ю., Юминов 0. А. Анализ вероятности селения квазистационарных состояний во второй потенциальной е.// Изв. АН СССР Ссер.физ.). 1992. Т.56. N1. С.43-46.

Еременко Д.0. , Платонов С. Ю. , Тулинов А.Ф., Фотина 0. В., инов 0. А. Длительность распада возбужденных ядер "3Ра и 1Ра.// Ядерная физика. 1993. Т.55. Вып.2. С. 1-12. . Eremenko D.O., Platonov S.Yu., Fotina 0.V., Yuminov O.A. The ;ay time of excited гзз,гзгРа./ Abstracts of International lool-Seminar on Heavy Ion Physics. 1993. Dubna. May 10-15. P.58.