Экспериментальное исследование характеристик массово-энергетических распределений осколков деления возбужденных ядер в реакциях с тяжелыми ионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГб од

1 it Ш0Н 1393

РАДИЕВЫЙ ИНСТИТУТ им. В.Г.ХЛОПИНА

На правах рукописи 7-93-172

ЧУБАРЯН Григор Гукасович

УДК 539.173+539.172.17

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАССОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ОСКОЛКОВ ДЕЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕННЫХ ЯДЕР В РЕАКЦИЯХ . С ТЯЖЕЛЫМИ ИОНАМИ

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова Объединенного института ядерных исследований, Дубна

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор физико-математических наук

профессор ПЕНИОНЖКЕВИЧ Ю.Э.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор физико-математических наук

профессор ЭАМЯТНИН Ю.С.

кандидат физико-математических наук

ДМИТРИЕВ В.Д.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Физико-энергетический институт, Обнинск

Зашита диссертации состоится " ^¿/¿ОА/^ 1993 года

в " " час. на заседании Специализированного совета Д.034.07.01

Радиевого института им. В.Г.Хлопина, 197022, Санкт-Петербург, ул. Рентгена, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Радиевого института.

Автореферат разослан " 1993 года.

Ученый секретарь Специализированного совета А.В. Поздняков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Открытие вынужденного деления урана О.Ганом и Ф.Штрассман

[а] и его спонтанного деления Г.Н. Флеровым и К.А. Петержаком

[б] сыграло исключительную роль в ядерной физике и фактически ознаменовало начало нового, самостоятельного направления субатомной физики - деления ядер. Практически вслед за этим вышла в свет теоретическая работа Н.Бора и Дж.Уиллера, объясняющая деление ядер в рамках так называемой "модели жидкой капли" [в], которая явилась основополагающей в теории деления ядер. Дальнейшее развитие теории деления в. основном пошло по пути.усовершенствования этого модельного представления, особенно значительного, когда процесс деления стал изучатся в реакциях с тяжелыми ионами. Эти реакции позволили существенно расширить по г и А диапазон исследуемых ядер, а также дали возможность изучать деление в широком диапазоне энергий вращения (угловой момент), возбуждения (температура) составного ядра, образованного при слиянии ускоренного иона с ядром мишени.

Однако, при исследовании деления в реакциях с тяжелыми ионами необходимо принимать во внимание механизм образования составного ядра. Он зависит от условий входного канала реакции (энергии налетающего иона, комбинации ион-мишень) и непосредственно сказывается на характеристиках осколков деления. В связи с этим систематическое и детальное исследование в рамках единого подхода к измерениям массово-энергетических распределений осколков деления (МЭР), в широком диапазоне 2 и А, в различных комбинациях ион-мишень, при различных энергиях возбуждения и угловых моментах составных ядер позволило бы получить важную информацию о природе крупномасштабного коллективного движении нуклонов, приводящего к делению ядер, а это в конечном итоге способствовало углублению наших представлений о свойствах ядерной материи.

Цель работы

1. Разработка высокоэффективной и прецизионной методики

измерения характеристик коррелированных продуктов ядерных реакций с тяжелыми ионами.

2. Систематическое экспериментальное изучение массовых и энергетических распределений осколков деления возбужденных ядер в диапазоне параметра Z2/A = 33 + 44 в реакциях с ускоренными ионами 12с (97 МЭВ) , 160 (128 МэВ), 2°Ne (154 МэВ) .

3. Изучение влияния углового момента (£) и энергии возбуждения (Е ) на среднюю величину полной кинетической энергии (<Е>), дисперсии массовых и энергетических распределений осколков деления (сг2, сг2) возбужденных составных ядер Po (Z=84) и Ku (Z=l04}, образованных в различных комбинациях ион-мишень, при двух энергиях налетающего иона для каждой комбинации.

4Сопоставление полученных экспериментальных результатов с предсказаниями различных теоретических моделей деления ядер.

Научная новизна

Создан светосильный (П=185 мер) прецизионный времяпролет-ный спектрометр, позволяющий с высокой разрешающей способностью исследовать массовые (5М/М =» 27.), энергетические (5Е/Е =< 17.) и угловые (66, 8<j> = 0.2°) распределения продуктов ядерных реакций с тяжелыми ионами.

Разработан временной детектор на основе микроканальных пластин и рыхлого диэлектрического эмиттера из окиси магния. Детектор предназначен для регистрации легких энергичных продуктов реакции с тяжелыми ионами.

Впервые в рамках единого методического подхода проведено систематическое исследование МЭР осколков деления возбужденных ядер в диапазоне параметра Z2/A =33-5- 44, образованных в реакциях с тяжелыми ионами в более чем 20 комбинациях ион мишень. При этом впервые исследовано деление составных ядер 2651 Об, 269108, образованных в сильноасимметричных комбинациях 249Cf + 160 , 20Ne. Впервые в систематике <т2 были обнаружены две ветви, соответствующие процессу "истинного" деления составного ядра и "квазиделению".

Исследовано влияние углового момента и энергии возбуждения составного ядра на характеристики первых и вторых моментов МЭР осколков деления. С этой целью в различных комбинациях ион-мишень и.при двух энергиях налетающего иона были изучены составные ядра гсы'206ро и 260Ки. Из полученной систематики <Е >, измеренной с относительной погрешностью не более

2 3 2 *

17. в диапазоне <С >=( 1*4) 10 Ь и Е =60*130 МэВ, установлено отсутствие влияния углового момента и энергии возбуждения на величину <Ек>. Также исследованы зависимости дисперсий МЭР осколков деления от <?> и в. диализ экспериментальных данных проведен с учетом влияния эмиссии предделителышх нейтронов на характеристики МЭР. Определены зависимости <3сг^/д<£2> и &а2^/й<(2> от параметра делимости ( в области 0. 65£х^0. 90. Для величины йаг^/й<Г> впервые сделана количественная опенка. Для области ядер с г>100 подобные измерения проведены впервые. -

Полученные экспериментальные результаты сравнивались с различными теоретическими расчетами, н том числе, расчетами по диффузионной модели Г г].

Практическая ценность работы

Созданная экспериментальная методика может быть использована для проведения корреляционных измерений продуктов реакций с тяжелыми ионами, изучения их массовых, энергетических и угловых распределений с целью исследования механизма и динамики взаимодействия, а также деления яде)) под действием тяжелых ионов, заряженных частиц, нейтронов и гамма лучей.

Разработанные детекторы - широкоапертурные позиционно-чувствительные многопроволочные лавинные счетчики и стартовые детекторы на основе микроканальных пластин рыхлых диэлектриков - могут быть использованы при разработке и создании новых экспериментальных установок для исследования реакций под действием заряженных или нейтральных частиц с ядрами. Созданные детекторы нашли свое применение в других научных центрах (ПАЯ, Россендорф, ФРГ; Национальная лаборатория тяжелых ионов ГАНИЛ, Франция), а также применяются для диагностики пучков

ускоренных тяжелых ионов.

Полученные систематики средней полной кинетической энергии, массовых и энергетических распределений осколков деления возбужденных ядер используются в построении теоретических моделей деления ядер.

Апробация работы

Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на Международной школе молодых ученых по проблемам ускорителей заряженных частиц (Дубна, 1984 г.), на Международной школе-се-минар по физике тяжелых ионов (Дубна, 1989 г.), на Международном совещании по динамическим аспектам деления ядер (Смо-леница, Чехословакия, 1992 г.), на Международном совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Алма-Ата, 1992), а также на рабочих совещаниях по экспериментальным установкам ЛЯР и первоочередным экспериментам на них, конференциях молодых ученых и специалистов ЛЯР, общелабораторных семинарах.

На защиту выносятся следующие положения и результаты

1. Созданный двухплечевой времяпролетный спектрометр является эффективным прибором для исследования характеристик осколков деления составных ядер образованных в реакциях с тяжелыми ионами. Он позволяет определять массы (с разрешением SM/M « 27.), скорости (6V/V - 0.5), энергии (6Е/Е а 17.) и углы разлета (86, 6ф 0.2°) коррелированных продуктов ядерных реакций с тяжелыми ионами.

2.Созданный детектор на ос.юве микроканальных пластин и рыхлого диэлектрического эмиттера позволяет с высокими временным разрешением (St = ЮОисек) и эффективностью (с - 807.) регистрировать легкие продукты реакций с тяжелыми ионами с энергиями до 100 МэВ/нуклоь.

3. Результаты системагического исследования МЭР осколков

деления возбужденных ядер в диапазоне параметра Z /А = 33 +

44, образованных в реакциях с тяжелыми ионами, анализ которых

позволил в систематике сг2 выделить две ветви - соответствую-

м

щая процессу "истинного" деления составного ядра и "квазиделению" .

4. Измеренные величины дисперсий массовых и энергетических распределений осколков деления находятся в разумном сог^ ласии с расчетами по диффузионной модели [г].

5. Установлено отсутствие влияния углового момента (£) и энергии возбуждения (Е ) на величину средней полной кинетической энергии осколков деления (<Ек>), для которой получены верхние оценки <1<Е >/с1<гг> <0.3 кэв Ъ~2, а<Ек>/с1Е*<0.01 в диапазоне <£*>=( 1+4) 103иг и Е*=60+130 МэВ, соответственно.

6. Анализ зависимостей массовых и энергетических распределений осколков деления от <£г> и в выявил определенные трудности, обусловленные необходимостью учета испускания нейтронов в процессе деления и связанным с ним глубоким охлаждением делящихся ядер (особенно в области тяжелых ядер).

7. Построена систематика зависимостей первых и вторых моментов МЭР от <г2>, согласно которой производная сЗ<Е >/а<£2> значительно уменьшилась по сравнению с существующими оценками, напротив, йаг/й<^> выросла. Количественная оценка для величины сЗо^/<1<г2> сделана впервые.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 151 страницу машинописного текста (включая рисунки), 44 рисунка, 8 таблиц и списка литературы из 154 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении формулируется проблема, обосновывается актуальность исследований и кратко излагается основное содержание отдельных глав. Приведены основные результаты, полученные в настоящей работе.

Первая глава посвящена анализу теоретических моделей и экспериментальной информации о вынужденном делении ядер.

Механизм формирования массово-энергетических распределений осколков деления весьма сложен, и его теоретическое описание сталкивается с большими трудностями (параметризация формы и определение точки разрыва делящегося ядра, глубокая перестройка всей оболочечной структуры, учет связи между коллективными и внутренними степенями свободы и др.). Упрощение такой сложной физической ситуации крайне желательно, и оно частично достигается при высокой энергии возбуждения. Анализ теоретических [д] и экспериментальных данных показывает, что ядра с энергией возбуждения ЕгЗОМэВ можно считать достаточно сильно "нагретыми" с точки зрения исчезновения оболочечных эффектов и рассматривать их в рамках капельной модели.

Можно было ожидать, что процесс деления возбужденных компаунд ядер хорошо описывается в рамках статистической модели деления. Однако, уже первые эксперименты [е], проведенные на пучках тяжелых ионов в ЛЯР ОИЯИ по изучению деления возбужденных ядер, показали, что при 22/А^37 экспериментально полученные дисперсии массового и зарядового распределений существенно отличаются от расчетных. Дальнейший анализ имеющихся экспериментальных данных по делению возбужденных ядер проведенный в работах [ж,з] также указал на неопределенность в описании механизма формирования МЭР.

■ Большой объем экспериментальной информации о делении нагретых ядер в области свинца был получен в реакциях с легкими заряженными частицами с [з]. однако продвижение с их по-

мощью в область как более легких, так и тяжелых делящихся-ядер связано со значительными трудностями, и для этой цели перспективнее реакции с тяжелыми ионами, с помощью которых удается расширить диапазон доступных для исследования по г и А ядер.

В свою очередь, реакции с тяжелыми ионами имеют специфические особенности, затрудняющие изучение деления ядер. Например, при взаимодействии ускоренных ионов с а>30 с ядрами может образоваться двойная ядерная система, не прошедшая стадию полного слияния, т.н. "квазиделение" [и]. Поэтому при анализе данных по делению тяжелыми ионами необходимо учиты-

вать вклад этих процессов, зависящих от энергии налетающего иона, массовой асимметрии во входном канале реакции и т.п..

Несмотря на большое количество имеющейся экспериментальной информации по делению тяжелыми ионами, её объединение в единое целое и сопоставление с теоретическими расчетами сталкивается .с большими трудностями из-за сильного различия используемых методических подходов, а в ряде случаев в силу противоречивости данных.

В связи с этим систематическое исследование в рамках единого методического подхода к измерениям средних полных кинетических энергий, дисперсий МЭР осколков деления в широком диапазоне г2/А, в различных комбинациях ион-мишень, при различных энергиях возбуждения и угловых моментах составных ядер позволило бы получить важную информацию о механизме формирования осколков деления.

Вторая глава посвящена описанию двухплечевого времяпро-летного спектрометра установки "ДЭМАС" созданного на канале выведенного пучка циклотрона У-400 ЛЯР им. Г.Н.Флерова.

В этой главе проведен анализ современных способов и методов регистрации продуктов реакций с тяжелыми ионами и, в частности, осколков деления, основными требованиями, предъявляемыми к детекторам, применяемым для регистрации и идентификации продуктов ядерных реакций и осколков деления, являются их высокая разрешающая способность при определении массы и энергии продуктов, а также координатное разрешение для опре-г деления их пространственного распределения, что особенно существенно при проведении корреляционных измерений. Важнымй факторами являются также высокая эффективность детектирующих систем, особенно при изучении процессов с низкими сечениями. Специфической особенностью тяжелых ионов и продуктов их взаимодействия со сложными ядрами являются высокие удельные тормозные потери, приводящие к искажению энергии и угловых распределений, что накладывает требование минимизации количества вещества на пути регистрируемого фрагмента, а также учета этих искажений. С учетом вышеизложенных требований был разра-

ботан, создан и установлен на канале выведенного пучка циклотрона У- 400 двухплечевой времяпролетный спектрометр (ДВПС) установки "ДЭМАС".

На рис.1 приведено схематическое изображение ДВПС. Он состоит из двух широкоаппертурных позиционночувствительных лавинных счетчиков (ПЧЛС) большой площади (280x100 мм) и "стартового" детектора, в качестве "стартового" детектора применялся трансмиссионный детектор на основе микроканальных пластин (МКП) или плоскопаралл'ельный лавинный счетчик (ППЛС). Основные характеристики спектрометра приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1

Основные характеристики спектрометра

Пределы измерения углов разлета продуктов:

в плоскости реакции в - от 15° до 165° ± 20°

вне плоскости <р ± 7°

Телесный угол каждого "плеча" 185 мер

Точность измерения углов 56, Sip 0.2°

Временное разрешение St 230 пс

Массовое разрешение SM/M - 2 %

Рис.1. Схематическое изображение двухплечевого вре-мяпролетного спектрометра: 1 - пучок ионов, 2- мишень, 3-"стартовый" ППЛС, 4—"столовый" ПЧЛС, 5- входное окно, 6- монитор (ППД (Аи)), 7- цилиндр Фарадея.

В этой главе приводятся конструктивные особенности ПЧЛС и ППЛС, описывается блок-схема электроники спектрометра, а также результаты калибровочных измерений и испытаний ДВПС на источниках а-частиц, осколков деления и непосредственно на

48 ^

пучке ускоренных ионов Т1 ( 264 МэВ) . На рис 2 а,б представлены полученные с помощью ПЧЛС времяпролетные и координатный

200

ч

о И

Я га

100

1В0

а 241,243

Ат

230 пс

' . . 1

230 280

ТОГ. канал

Рис.2. а) Времяпролетный спектр а - частиц от смешанного источника 241'243Аш, б) двухмерный спектр - Х-У -координата полученный с помощю трафарета, помещенного перед ПЧЛС.

о

Рис.3. Выход продуктов реакции 208РЬ +48т1 (264 МэВ) в зависимости от: массы (М) и полной кинетической энергии Ек (а); суммы углов разлета в системе ц.м. (е+е) и Е( (б).

10' 10* 10

в л

Рис.4. Выход продуктов реакции 208РЬ+48Т1 (264 МэВ) в зависимости от суммы углов разлета в системе ц.м. в +е (а)- полный, (б)-1 2

для событий, соответствующих продуктам упругих, квазиупругих взаимодействий и симметричной фрагментации, (в)- для событий, расположенных под пунктирной кривой на рис.За.

спектры соответственно. Графики иллюстрируют высокие временные икоординатные разрешения ПЧЛС.

Одновременное измерение скоростей и угловых корреляций продуктов реакций дает возможность отделять события идущие с полной (бинарные, п=2) и неполной (п*2) передачей импульса. На рис.За,б представлены зависимости выходов продуктов от м, Ек (а) и е.+е_, е..

130

230

в г, град-

и в +в , 1 2 «

(б), полученные в реакции РЬ

48

+ Ti (264 мэв). Впервом из них отчетливо выделяются три группы событий - продукты упругого и квазиупругого взаимодействий, продукты симметричной фрагментации, лежащие между ними и ниже, группа событий расположенная под пунктирной кривой. Во втором рисунке выделяются две группы событий в окрестности: в¡ +' е2=180° и в180°.

На рис. 4 а,б,в изображены спектры выхода продуктов в зави симости от в^в^. а - полный, б - для группы событий, соответствующий продуктам упругих, квазиупругих взаимо-

действий и симмет ричной фрагментации, в - продук там реакций, соответствующим вы деленной области в спектре на рис.4а. Как видно из последнего рисунка, они компактно группиру ются в области е+е =193° и соответствуют процессам, идущим с неполной передачей импульса. Таким образом удается разделить события, соответствующие различным механизмам взаимодействия, в частности, выделять двухтелыше события,что позволяет применять данный спектрометр для изучения деления ядер на пучках тяжелых ионов.

В этой же главе приводится описание и конструкция детектора на основе микроканальных пластин и рыхлого диэлектричес^-кого эмиттера из окиси магния, используемого в экспериментах. Детектор предназначался для регистрации легких энергичных продуктов реакции с тяжелыми ионами. Полученные характеристики - собственное временное разрешение 5t-100 псек и эффективность регистрации е=*807. для ускоренных ионов |60 с энергией 50 МэВ/нуклон - свидетельствует о возможности применения данного детектора для получения временной отметки от слабоиони-зирующих частиц.

Третья глава посвящена исследованию массовых и энергетических распределений осколков деления возбужденных ядер в области 33iZ2/As44. с этой целью было изучено деление составных ядер от Hg до Z=108, образованных в реакциях с ионами 12С (97 МэВ), 160 (128 МэВ), 20Ne (154 МэВ) И мишенями ШЗИ

198-,. 197 „ 206_, 232_, 233., 239 _ 249„,_

Pt, Au, РЬ, Th, U, PU и Cf.

На рис.5 а, б представлены экспериментальные данные по дисперсиям сг2, сг2 и результаты их расчета по диффузионной модели [г] для области параметра делимости х>0.5. Зачерненными значками показаны данные для сильно асимметричных систем ион-мишень (At/A>10) полученные в настоящей работе, открытыми - реакции с At/A<10; звездочками - данные для реакций с легкими заряженными частицами (А*4) [з].

Как видно из рис.5а совокупность полученных данных согласуются как с результатами исследований в "инверсных" реакциях

а 238 '¿л

Zt ( и, f) для мишеней легче AI [и] (а/А >10), так и с

СЧ ы

ь о

ь

■р.»**

¿Р

о1--

0.4

п'

05

0.7 X

Рис.5. Зависимости экспериментальных дисперсий массовых (а) и энергетических распределений осколков от параметра делимости х. Зачерненные значки - настоящая работа, открытые значки -комбинации с А/А <10 (результаты из других работ), * - ионы с А*4 [з]. Сплошные линии - расчеты по диффузионной модели [г], пунктир -наша оценка.

™ 3000

теоретическими расчетами по диффузионной модели [г] (сплошная кривая). При этом предполагается, что налетающий ион сливается с ядром мишени и образуется составное ядро, которое испытывает "истинное" деление.

С увеличением Аг ядер мишеней [и] величины дисперсий о"2 резко возрастают, достигая значений в несколько раз больших в сравнении с исследованными реакциями в области хо.9 и расчетной кривой [г]. Зависимости сг2( х) в области х=*0.9 для разных реакций, отличающихся асимметрией входного канала, как видно из рис.5а, расходятся больше, чем на порядок. Таким образом экспериментальные точки можно описать двумя кривыми -сплошной, соответствующей расчетам по диффузионной модели и пунктирной прямой, проведенной через открытые точки, которым соответствуют реакции с отношением Аг/А<10 в области х>0.85. Если ввести величину, определяющую скорость изменения <г2,

2 2 3 2

с1сгм/ах, то для "истинного" деления (1сгм/<1х ^ з«10 (аем) , а. для ветви показанной пунктиром йа^/дх £ 5»104 (аем)2.

Таким образом в систематике существуют две ветви.

<Ддна, непосредственно изучавшаяся нами в сильно асимметричных комбинациях ион-мишень в области о.69^x^0.92, соответствует

"истинному" делению составных ядер, другая, если следовать классификации [и] - "квазиделению", в котором стадия полного слияния не достигается, и образовавшаяся система проходит лишь позднюю часть эволюции составного ядра, подвергающегося делению. Эти физически разные ситуации в области х>0.85 разделяются по критерию асимметрии ион-мишень (А/А >10 и А4/А<10). Можно предположить, что сильное различие в дисперсиях массовых распределений в области хго.9 возникает вследствие того, что при "квазиделении" не происходит релаксации по масс-асимметричной коллективной переменной, время которой

по оценкам из работы [и] составляет величину т « -21

5«10 сек., тогда как только время спуска при истинном

делении компаунд ядер в области х * 0.9 существенно больше, —20

т - 5»10 сек. [г]. Иными словами, время "истинного" деления х и "квазиделения" т отличаются не менее, чем на поря-г чг

док.

Были также измерены энергетические распределения осколков деления и их полная кинетическая, энергия. Как видно из рис. 5б, с увеличением х сг2 монотонно растет. Этот рост можно характеризовать производной с1сг2/с1х, величина которой одного порядка с <3сг2/с1х для "истинного" деления. При этом вклад "квазиделения" в реакциях с ионами тяжелее 27А1 [и] в области х>0.85 не приводит к резкому изменению х зависимости <т2.

Таким образом "квазиделение" отличается существенно большей величиной массовой дисперсии, но мало отличается от "истинного" деления по энергетическим характеристикам (<Ек>,сг^). Исходя из того, что время диссипации энергии г£ =< 5 10' сек [и], можно предположить, что характерное время "квазиделения" заключено в интервале х <х <х .

г е чг м

Изученные реакции заметно отличаются по энергии возбуждения во входном канале. Тем не менее по эффективной температуре в^ , определяющей наблюдаемую величину дисперсий, отличия невелики (<207.). Выравнивание в происходит из-за эмиссии нейтронов до деления (у ) С к3. При определении

итах

®Г = Е вА-„Р<и> и=о

распределение числа испускаемых нейтронов оценивалось согласно [к]. Очевидно, что

Umax

У = I UP(и) •

рге и=о

Дисперсия MP с достаточно хорошей точностью следует линейной зависимости от температуры ядра [з], поэтому экспериментальные данные о сг2 легко привести к стандартным условиям. Пользуясь тем, что dcr2/de=const, можно ввести не зависящую от в характеристику :

С = а2 / в (1)

m М ' ef

Параметр С легко связать со свойствами потенциальной

rj m

энергии V(с,т)), а именно зависимостью ее от масс-асимметричной деформации v [л].

где

V(c,TJ) = V (с, 0) +

2-J

d V

dv2

А 16С

d У(е,0)

j 2 dT)

+

v-% ( и - f )

(2)

(3)

а с - масс-симметричная деформация, ответственная за удлине-

Рис.б. Зависимость параметра устойчивости ядер к

масс-ассиметричным деформа-2Ы 2

циям б У/йт) (3) в седловои точке от Ъ2/К . Кривым соответствуют теоретические расчеты для различных модификаций модели жидкой капли взятые из работ: 1 - [м], 2 -[н], 3 - [л], 4 - [о], штриховые кривые - расчет по диффузионной модели с двух-тельной вязкостью [г]. Обозначения экспериментальных точек те же, что и на рис.5.

ние ядра в процессе деления. Таким образом, величина <3 У/ат) , является мерой устойчивости (жесткости) делящихся ядер к

масс-асимметричным вариациям формы. Кривыми на рис.6 показаны результаты расчетов <32У/с1т)2 в зависимости от параметра г2/А для ядер в долине /3-стабильности.

Статические расчеты седловой жесткости с12У(е ,0)/<Зт)2 выполнены для четырех вариантов описания макроскопической энергии: простой модели жидкой капли [м], капельной модели с Г=0 [н], модели жидкой капли с Г=-0.1 [л], модели жидкой капли с конечным радиусом действия ядерных сил [о]. Динамические расчеты [г] проводились для первых трех вариантов капельной модели.

Кривые диффузионной модели [г] на рис.б рассчитаны для' двухтельной вязкости, они неплохо воспроизводят общую тенденцию замедления изменений экспериментальных жесткостей с!2У/с17)2 с Ъ и А при г2/А>32 в сравнении с предсказаниями капельной модели, хотя детального .соответствия между экспериментом и теоретическими расчетами нет.

Дальнейший прогресс в теоретическом изучении механизма формирования массовых распределений осколков нуждается прежде всего в выработке более адекватного описания макроскопической энергии ядер. Из рис.6 видно, что эксперименту не удовлетворяет ни один из вариантов капельной модели.

Четвертая глава посвящена изучению влияния углового момента и энергии возбуждения на среднюю кинетическую энергию, дисперсии массовых и энергетических распределений осколков деления возбужденных составных ядер. С этой целью исследовались деление составных ядер Ро и Ки, образованных в различных комбинациях ион - мишень, при двух энергиях для каждой комбинации (см. таблицу 2).

Как следует из табл.2 и рис.7, величина <Е > постоянна с

точностью лучше 17. в диапазоне Е*= 60-130 Мэв й

<{2>=( 1+4).ю3Ь2. Отсюда получены верхние оценки <3<Е >/А<1г> 2 * * <0.3 кэв ь и а<Ек>/аЕ <0.01.

Из этого можно сделать предположение, что энергия враще-

ния ядра как целого не увеличивает при разрыве энергию относительного движения осколков, а в процессе образования составного ядра угловой момент и связанная с ним энергия вращения достаточно быстро релаксирует, а затем в значительной своей части переходит во вращение осколков деления и в дальнейшем освобождается в ходе их распада путем испускания 7-квантов [п].

Полученные данные были проанализированы с точки зрения I и в зависимостей дисперсии МЭР осколков деления. При анализе экспериментальных данных проведена оценка влияния эмиссии предделительных нейтронов, уносящих значительную часть энергии возбуждения и небольшую, но вполне заметную часть углового момента делящегося ядра. Учет эмиссии предделительных нейтронов испущенных до формирования масс осколков проводился в предположении (4), согласно соотношениям (5)-(б).

204 200 196 192

Ш 188

3 150 146

И 142 134 130

126

, 1 1 1 Л...!..^.! | 1 1. ни ЦГКЧ •........ 1 .... 1 .... 1 .... :

:г07Ро . гоб,го4р'о » ** . 1 ... ............' :207ро гов.го4ро : г..................... . . . •

-I—г-т' Т I I I 1—г - Г 1 1 1 1 1 1 1 1 :дюр1 . . ' ... 1 ... 1 ... 1 , 1 . . . ■■т 1 1 ч у—ч 1 1 1 1 1 1 !• 1 1 1 1 г-т-г-1 г ,86Р1 \ , * ♦» • . • ' .... 1 .... 1 .... 1 .........

30

50 70 90 НО 130 0 1000 2000 3000 4000 5000 Е* , МэВ ^

Рис.7. Зависимости средней кинетической энергии осколков<.Ек> от энергии возбуждения Е* и среднего квадрата углового момента И2> начальных составных ядер.186Р^ о - 1 °УЬ+'о, ■,+ -

1545т+325;

180М+24Мд;

186И+20Ме;

г40РиЛе,

г08РЬ+48Т1.

Ро: 206

Ро:

т

,76¥Ь+28Б1(

'Ро:

□

236

204РЬ+3Не;

V -

о °Ки:

164Оу+40Аг, 190Оз+16О, - г44Ст+160,

Д -А

А -

и+24Мд,

Т

232ТЬ+28Б1;

Ки:

о

* —

Л

ТАБЛИЦА 2

Реакция А с n е' 1 а ь МЭВ Е\ МэВ <1г>, ю\2 <е >, к ' МЭВ <Г2 , м ' , s 2 аем) мэв2

206_ Ро 99 146 76. 6 120.9 1.21 2 .26 146.510.8 14 6 . 0±0.8 16514 20415 106 + 3 137 + 4

19003 -16о 2 0 6 _ Ро 126 168 91. 0 129.7 1.76 2 .95 146.5+1.0 14 6.8±1.0 19215 238 + 6 121 + 4 14915

,86И -2 °Ые Ро 142 174 96.9 125.7 2 .10 3 .15 147.1+1.0 146.6+1.0 21015 250 + 6 128 + 4 15115

180НГ ♦24Мд 204_ Ро 160 177 95.7 110.9 2 .33 3.04 146.0+1.1 146.411.1 22515 253 + 6 132 + 4 14615

176УЬ .2831 2 0 4 — Ро 166 189 '86.6 106.5 2 .04 3 .13 146.711.1 147.311.1 22215 27217 12814 14915

244ст -16о 2 6 0,, Ки 126 179 72.0 121.7 1.84 4.00 196 + 2 19612 484+12 645118 353112 445116

240Ри ♦2°Ые 260-, Ки 142 174 74.2 103.8 2 .13 3 .65 19512 196 + 2 506112 620117 372113 424115

236и ♦ 24Мд 260Ки 160 177 73.8 89. 3 2.54 3.55 19612 19712 548113 615117 392113 460+16

232ТЬ *2831 260ки 166 189 62.2 82.7 2.05 3.66 19712 19612 557+15 702119 384+22 462+25

208РЬ -48Т1 256ки 264 298 49.6 77. 6 2 .00 3 .20 196 + 3 19813 845+24 365+20 490127

V для Р^ Ро

_РГе (4)

V для Ки

р г е /2

Е*=Е*-78рЕ, в*' = (Е* /а)"* А = А -V "Р (5)

яр.еГ 5 р , о рге V яр « р , е Г ег ргв

<1 > = <г> - 2у'!Р , (6)

где индексами Бр отмечена седловая точка, а о и ef - начальные и эффективные величины, 11=0.093 АМэв'1 - параметр плот ности уровней нагретого ядра [р].

рге

На рис.8 а, б представлены зависимости массовой (а) и энергетической (б) дисперсий от "начальной" и эффективной в'{ температур делящихся ядер в седловой точке. Кривые получены в результате регрессионного анализа экспериментальных данных. Двумерная зависимость Х(е,<£2>) разлагалась в ряд Тейлора и методом наименьших квадратов определялись коэффициенты разложений (7) и (8), при условии <г2(0,0)=0.

х(е, <г2>)=х 8в<?>+ ^ <<12»2 (7)

° эв а<12> 2дв2 двд<12> 2д(<12>)

<Г2(в.<£2» = § +

дет2 Эгсг2

м м

да2

ч-'= , (8) 89

где q - величина обратная жесткости (1). Из этого рисунка следует, что учет эмиссии предделительных нейтронов приводит к сильному сокращению области температурного изменения сг2 и сг2.

е

Как видно на из рис.8 б, в данном подходе все экспери-

ментальные точки для зависимости сг2(е) удалось удовлетвори

тельно описать, тогда как для <т2(е) (рис 8 а) из общего опи-

м

сания выпадают точки, соответствующие делению Ки в реакции

232 28

ТЬ + 31. Вероятно, в данной реакции вклад "квазиделения" становится ощутимым. Это предположение находится в согласии с наблюдаемой ранее различной чувствительностью дисперсий массовых и энергетических распределений к механизму образования осколков деления [7].

Для определения зависимостей <3сг2/<а«!2> и <3сг2/а<£2> от параметра делимости х (рис.9 а,б) была проведена аналогичная процедура поиска коэффициентов описания. Результаты нашего анализа (рис 9 темные значки) лежат заметно выше теоретических расчетов по диффузионной модели [г,с] (рис.9 светлые

значки), однако обе зависимости с!а2/й<1г> от нуклонного сос-

м ' »

тава делящихся ядер - экспериментальная и расчетная - несмотря на разницу в абсолютной величине производных, имеют примерно одинаковую тенденцию - падение с уменьшением х. При этом, согласно расчету [г, с], сЗсг 2/а<£2> меняет знак в районе

< , 0° , МэВ

Рис.8. Зависимости а) массовой (с2) и б) энергетической (<те) дисперсий от "начальной" б" (слева) и эффективной в"г ТеМПе-

ЗР =Р

ратур делящихся ядер в седловой точке, обозначения точек, как на рис.7. Кривые рассчитаны согласно: штриховые - (7), сплошные линии - (8). Прямые линии пол экспериментальными точками соответствуют <С2>=0.

Pt (т.е. с увеличением <1 > дисперсия массового распределения

должна уменьшаться). Слева и справа от нее <£2>-зависимость г

<гм имеет монотонный характер, соответствующий зависимости коэффициента жесткости к масс-асимметричнЫм вариациям формы ядра ч от параметра делимости х [з,л] и влиянию на последний углового момента в модели вращающейся жидкой капли [т]. Для переходного между этими случаями ядра Pt (расчет [г,с]) предсказывает более сложную <г2>-зависимость <т2. В экспериментальном плане этот вопрос пока остается открытым.

Следует также отметить, что долгое время влияние углового момента на дисперсию ЭР не удавалось обнаружить, видимо потому, что измерения велись в области доактинидов, где эффект, согласно рис.9б, мал. сч

I

S

(D

са

/ч

N V/

-о

С\) 3 b 'а

0J I

л

OJ

ся о

А

w

V

тз \

CVJ Ы b -а

-0.05

Рис.9, а) Зависимость I метра делимости ядер х.

- чувствительности dtr2/d<£2> от пара-Темные значки

результаты анализа - расчет [г]; б) то же, что и на рис. 9 а, но для dcr2/d<t2>. Оценка проведена для

экспериментальных данных, светлые значки

с. 9 а, н температур 1.0, 1.25, 1.5 МэВ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В заключении сформулированы основные результаты, полученные автором в диссертационной работе.

1. Создан светосильный двухплечевой времяпролетный спектрометр для исследования характеристик МЭР осколков деления составных ядер образованных в реакциях с тяжелыми ионами.

2. Создан на основе микроканальных пластин и рыхлого диэлектрического эмиттера высокоэффективный субнаносекундный временной детектор для регистрации легких энергичных фрагментов ядерных реакций с тяжелыми ионами.

3. В рамках единого методического подхода проведено систематическое исследование МЭР осколков деления возбужденных ядер в диапазоне параметра г2/А = 33 + 44, образованных в реакциях с ионами 12С, 160, 20Ые. Были также исследованы реакции, приводящие к образованию составных ядер 26510б и

269 ^ 249

108 с наиболее тяжелой радиоактивной мишенью С£.

4. В систематике ст2 были обнаружены две ветви, соответст-

м

вующие процессу "истинного" деления составного ядра и "квазиделению", в котором стадия полного слияния не достигается.

5. Проведенный анализ экспериментальных результатов и их. сопоставление с различными теоретическими предсказаниями показал, что измеренные величины дисперсий массовых и энергетических распределений осколков деления находятся в разумном согласии с расчетами по диффузионной модели [в.].

6. Исследовано влияние углового (£) момента и энергии

а

возбуждения (Е ) на величину средней полной кинетической энергии осколков деления (<Ек>) составных ядер 204,206ро и Ки, образованных в различных комбинациях ион-мишень и

энергиях налетающего иона. С относительной погрешностью не „ *

более 17. установлено отсутствие влияния I и Е на <Ек> в диапазоне <г2>=( 1+4) 103ь2 И Е*=60Н 30 Мэв.

7. Проведен анализ <г2> и в зависимостей массовых и энергетических распределений осколков деления с учетом испускания предделительных нейтронов. Анализ данных показал, что испускание нейтронов в процессе деления и связанное с ним глубокое

охлаждение делящихся ядер (особенно в области тяжелых) существенно влияет на характеристики МЭР осколков.

8. Определены зависимости дсг2/<а<г2> и сЗсг2/сЗ<г2> от нук-лонного состава в области параметра делимости 0.65^x^0.90 и проведено их сопоставление с теоретическими расчетами по диффузионной модели. Для величины <За2/сЗ<<'2> впервые сделана количественная оценка.

Основные результаты, представленные в диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Lukyanov S.M., Lewitowicz M., Penionzhkevich Yu.E., Chu-barian G.G., Bazin D. , Guillemaud-Mueller D.( Saint-Laurent M.G.. Tmie-Zero Detector Based on MicroChannel Plates and a Friable Dielectric Emitter.// GANIL Communication, P.86.21, 1986, 12 p.; JINR Communication, Dubna, E13-86-501, 1986 .

2. Лукьянов С. M., Пенионжкевич Ю.Э., Чубарян Г. Г. Современные методы регистрации тяжелых ионов.//Доклад Международной школе молодых ученых по проблемам ускорителей заряженных частиц. Дубна: ОИЯИ, 19S4, с.205-214.

3. Лукьянов с.м., Пенионжкевич Ю.э., Саламатин B.C., Иткис М.Г. Околович В.Н., Русанов А.Я., Смиренкин Г.Н., Чубаррн Г.Г. Экспериментальное изучение массовых и энергетических распределений осколков при деления возбужденных ядер с Z2/A = 33 + 44.//Доклад Международной школе-семинар по физике тяжелых ионов. Дубна: ОИЯИ, 1989, с.225-236.

4. Иткис М.Г., Лукьянов С.М. , Околович Б.Н., Пенионжкевич Ю.Э., Русанов А.Я., Саламатин B.C., Смиренкин Г.Н., Чубарян Г.Г. Экспериментальное изучение массовых и энергетических распределений осколков деления возбужденных ядер с Z?"/A = 33

+ 42.//Ядерная Физика, Т. 52, вып. 1(7), 1990, С. 23-35.

5. Чубарян Г. Г., Лукьянов С.М. , Пенионжкевич Ю.Э., Саламатин B.C. Иткис М.Г., Околович В.Н., Русанов А.Я., Смиренкин Г.Н. Деление 249Cf ионами l60 , 20Ne.//Ядерная Физика, т. 53, вып. 5, 1991, С. 1195-1199.

6. Chubarian G.G., Itkis M.G., Lukyanov S.M., Okolovich V.N.

Penionzhkevich Yu.E., Rusanov A. Ya., Salamatin V.S., Smi-renkin G.N.. Influence of Angular Momentum on Fission Fragment Mass and Energy Distribution.//Proceedings of the International Workshop On Dynamical Aspects of Nuclear Fission : Smolenice, Czecoslovakia, 1991, Dubna: JINR, 1992, p. 236-245; Тезисы докладов международного совещания по Ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, Алма-Ата 1992, Наука, С. Петербург, 1992, с.308.

7. Чубарян Г. Г., Горшков В. А., Жучко В. А-., Лукьянов С. М. , Ортлепп Х.Г., Саламатин B.C., Вольффард Д. Двухплечевой времяпролетный спектрометр на основе позиционно-чувстви-тельных многопроволочных лавинных счетчиков. // Сообщение Объед. ин-та ядерн. исслед.: Р13-92-18 Дубна, 1992, 120.^

8. Чубарян Г.Г., Иткис М.Г., Лукьянов С.М., Околович В.Н.,

Пенионжкевич Ю.Э., Русанов А.Я., Саламатин B.C., Смирен*-кин Г.Н. Массово-энергетические распределения осколков и угловой момент при делении возбужденных ядер.//Ядерная Физика, Т. 56, №3, 1993, С.3-29.

Цитируемая литература:

а/ Hahn О., Strassman F. Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimettalen.//Naturwissenschaften, 1939,. Bd 27, S.11-13.

б/ Флеров Г.Н., Петержвк К. А. Спонтанное деление урана. // Докл. АН СССР, 1940, Т.28, №6, С.500-501.

в/ Bohr N. , Wheeler J. Mechanism of nuclear fission.// Phys. Rev'., 1939, vol.56, p.426-431.

г/ Адеев Г.Д., Гончар И.И., Пашкевич В.В., Писчасов Н.И., Сердюк 0.И. Диффузионная модель формирования распределения осколков деления.//ЭЧАЯ, 1988, том 19, ВЫП. 6, С. 1229-1298.

д/ Strutinsky V.M. Shell effects in nuclear masses and deformation energies.//Nücl. Phys. A 1967, vol.95, № 2, p.420-442 .

е/ Карамян С. А., Оганесян Ю.Ц., Пустыльник Б.И., Флеров Г.Н. Деление возбужденных компаунд-ядер в районе Z2/A>37.//

Physics and Chemistry of Fission, 1969, IAEA, Vienna, p. 759-780.

ж/ Oganessian Yu.Ts., Lazarev Yu.A. Heavy Ions and Nuclear Fission.//Treatise on Heavy-Ion Science, Plenum, N.Y. and London, 1985, vol.4, p.3-251. з/ Иткис М.Г., околович B.H., Русанов а. Я., Сми.ренкин Г.Н. Симметричное и асимметричное деление ядер легче тория.// ЭЧАЯ, 1988, ТОМ 19, ВЫП. 4, С. 701-784. и/ Shen W.Q., Albinski J., Gobbi A., Gralla S., Hildenbrand K.D., Herrmann N. , Kuzminski J., Miiller Vi.F.J., Stelzer H. and Toke J. Fission and quasifission in U-induced reactions.//Phys. Rev. C, 1987, vol. 36, p. 115-142. к/ Hinde D.J., Charity R.J., Foote G.S., Leigh J.R., Newton J.O., Ogaza S. and Chatterjee A. Neutron multiplicities in heavy-ion-induced fission: Tmiescale of fusion-fission.// Nucl. Phys. A, 1986, vol. 452, N3, p.550-572. л/ Струтинский B.M. Устойчивость равновесных состояний ядра в

капельной модели.//ЖЭТФ, 1963, т.45, вып.4, с.1900-1907. м/ Myers W.D. and Swiatecki W.J. Anomalies in nuclear masses.

//Arkiv for Fysik., 1967, vol.36, p.343-352. Н/ Myers W.D. Droplet Model Atomic Nuclei.//N.Y.: IFI/Plenum, 1977.

о/ Krappe H.J., Nix J.R. and Sierk A.J. Unified nuclear potential for heavy-ion elastic scattering, fusion, fission, and ground-state masses and deformations.//Phys. Rev. C, 1979, vol. 20, N3, p.992-1013. П/ Back B.B., Bjornholm S., Dossing Т., Shen W.Q., Hildenbrand K.D., Gobbi A., Sorensen S.P. Relaxation of angular momentum in fission and quasifission reactions.// Phys. Rev. C, 1990, vol. 41, p.1495-1511. р/ Игнатюк ■ A. В. , Смиренкин Г.Н., Иткис М.Г., Мульгин С.И., Околович В.Н. Исследование делимости доактинидных ядер заряженными частицами.//ЭЧАЯ, 1985, т.16, вып.4, с.709-772.

с/ ддеев Г.Д., Марченко Л.А., Пашкевич В.В., Писчасов Н.И. Влияние углового момента компаунд ядер на дисперсии мае-

сового распределения осколков деления.//Сообщение Объед. ингт ядер, исслед.: Р4-86-247, Дубна, 1986, и с.

Т/ Cohen S., Plasil F. and Swiatecki W.J. Equilibrium Configurations of Rotating Charged or Gravitating Liquid Masses with Surface Tension.// Annals of Physics, 1974, vol. 82, p. 557-596.

Рукопись поступила в издательский отдел 17 мая 1993 года.