Электромагнитные переходы между связанными состояниями в деформированных ядрах 23/Na, 25,27/Al, 29,31/P, 35,37/Cl тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. РАДИАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ОБОБЩЕННОЙ МОДЕЛИ

ЯДРА.

1.1. Обобщенная модель ядра в схеме Нильссона

1.2. Коллективные вращательные движения.

1.3. Определение вероятностей электромагнитных переходов.^

ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА.

2.1. Ускоритель.

2.2. Мишени.

2.3. Детекторы.

2.4. Анализ угловых корреляций.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1. Уровни ядра натрия-23 из реакции №

3.2. Е2~переход 3.68—»0 МэВ в ядре 27 АС

3.3. Электромагнитные переходы и возбужденные состояния ядра р.

3.4. Гамма-распад уровней ядра СЬ в основное состояние.

3.5. Экспериментальные матричные элементы гамма-переходов в ядрах 23 N а , 31 Р , 35 Ct

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ МАТРИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПЕРЕХОДОВ В ЯДРАХ id2S ОБОЛОЧКИ.

4.1. Электромагнитные переходы в ядрах между состояниями с различными деформациями.

4.2. В(Е2) - переходы в ядрах 25,27 > 23 * 35,37 для случаев L < К; ■+ к^ и L>/K(4Kj.

4.3. Параметры деформаций легких ядер

4.4. Учет кориолисового взаимодействия в расчетах В(Е2) между состояниями с различными деформациями.

Исследование структуры атомных ядер представляет одну из наиболее актуальных задач ядерной физики.

Последние десятилетия наши знания о структуре ядер существенно обогатились благодаря накоплению большого экспериментального материала, а также благодаря развитию и совершенствованию ядерных моделей, отражающих существенные стороны ядерных процессов. Изучение формы ядра, распределения плотности заряда и других макроскопических характеристик также значительно продвинулось вперед. Особенно важным представляется изучение формы ядра в возбужденных состояниях. Однако эта задача пока исследована недостаточно, особенно в области легких ядер. Причиной тому значительные трудности прямого определения квадрупольных моментов ядер в возбужденных состояниях. К настоящему времени экспериментально установлено, что практически все легкие ядра деформированы как в основном, так и в возбужденных состояниях. При этом априори предполагалось, что деформация ядра не изменяется с изменением энергии возбуждения. По нашему мнению, следствием такого предположения являются неудачные попытки объяснить вероятности электромагнитных переходов в рамках обобщенной модели.

В связи с этим нами был предложен подход и развит метод анализа в рамках обобщенной модели, состоящий в том, что при анализе вероятностей электромагнитных переходов деформация ядер рассматривается как варьируемый параметр, т.е. начальное и конечное состояние ядра рассматриваются как состояния с различной деформацией.

Таким образом, цель диссертационной работы состояла в экспериментальном исследовании вероятностей электромагнитных переходов между связанными состояниями в деформированных ядрах 23 iMa. , 25,27 f\e , 29,31 Р , 35'37а и их интерпретации в рамках обобщенной модели, учитывающей различные деформации в начальном и конечном состояниях.

Для изучения возбужденных состояний ядер с А < 40 очень плодотворным является использование реакций радиационного захвата протонов, т.к. плотность уровней, возбуждаемых в реакции при энергии протонов до 3 МэВ, невелика и современная техника эксперимента позволяет выделять отдельные резонансы и изучать их гамма-распад. Вероятности переходов с излучением гамма-квантов связаны с видом волновых функций начального и конечного состояний. Поэтому сравнение теоретических и экспериментальных значений приведенных вероятностей переходов позволяет оценить правильность наших представлений о структуре ядра.

Исследованию связанных состоянии и электромагнитных переходов между ними в ядрах {<Lt$ оболочки посвящено большое количество работ. Наиболее полные данные о спектроскопических характеристиках уровней и способах их распада представлены в работах ["1-3 3, которые содержат регулярно оцениваемую (раз в четыре года) информацию. Из анализа данных о значениях вероятностей гамма-переходов в ядрах с нечетными А в -/<?/2s оболочке в работах С3,4"] следует, что в целом ряде случаев коэффициенты смешивания по мультипольно-стям гамма-излучения, полученные авторами в различных реакциях типа р , oL ) и др., отличаются на величины, превосходящие погрешности, указанные в этих работах. Например, для перехода с уровня 2,74 МэВ в основное состояние в яцре £\£ коэффициент смеси % = -0,05+0,05, полученный в реакции радиационного захвата протонов, отличается не только по величине, но и по знаку от значения коэффициента смеси, полученного из реакции неупругого рассеяния протонов, где $ = = -0,22+0,09. Не вносит ясности и значение S - -0,13+0,22, полученное в <у> -распаде. Аналогичная несогласованность в величинах коэффициентов смесей наблщцается и во многих других случаях. Такая противоречивость и неоднозначность в экспериментальных данных о коэффициентах смешивания затрудняет сравнение их с предсказаниями моделей ядра. В диссертационной работе с помощью реакций радиационного захвата протонов были определены коэффициенты смешивания по мультипольностям гамма-переходов между связанными состояниями в ядрах ^ Noi, 31 р ^ 35 в Значения коэффициентов смешивания & были получены из анализа угловых распределений гамма-лучей, измеренных для различных начальных состояний в одной и той же реакции. Выбирались, как правило, состояния при распаде которых интересующий нас низколежащий уровень заселялся с большей интенсивностью. Полученные значения S совместно с литературными данными о временах жизни соответствующих состояний позволили определить величины матричных элементов электромагнитных переходов в исследованных ядрах. Экспериментальные матричные элементы электромагнитных переходов сравнивались с теоретическими, рассчитанными по модифицированной модели Нильссона, в которой начальное и конечное состояния системы рассматривались как состояния с различной деформацией. Этим состояниям соответствуют волновые функции, построенные как детерминанты из двух различных наборов одночастичных волновых функций. Эта модель развита нами в работах С5-71 В расчетах вероятностей электромагнитных переходов были использованы одночастичные волновые функции. Ни-льссона.

Сравнение экспериментальных и теоретических значений матричных элементов подтвердило их чувствительность к параметрам деформаций и их зависимость от энергии возбуждения ядра.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Экспериментальные данные о коэффициентах смешивания по мультипольностям гамма-переходов между связанными состояниями ядер 23 fv/a , 31 Р , 35 св .

2. Экспериментальные значения матричных элементов электромагнитных переходов ядер 23 Ыл , Р , 35 С С .

3. Параметры деформаций ядер 23 1^0-, 25,27^29,31 р ^ 35,37 Qg в возбужденном состоянии, рассчитанные в рамках модифицированной модели Нильссона.

Основные результаты диссертации докладывались на ХХ7-ХШУ Всесоюзных совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра в 1975-1984 гг., на конференции по ядерно-физическим исследованиям в г.Харькове в 1982 г., опубликованы в материалах указанных совещаний.

4.5. Основные выводы из анализа матричных элементов

2 - переходов

В наших работах [5-7,60,64-70"] мы исследовали влияние изменения деформации ядра на вероятности электромагнитных переходов. Такое влияние на матричные элементы в модели, где начальное и конечное состояния взяты при различных деформациях, изучено нами на примере Е2. -переходов. Численный расчет приведенных вероятностей ЫЕ2.) -переходов произведен по формулам (4.I.I) и (4.1.2). Анализировались вероятности электромагнитных переходов мультипольности L < к,и L^/VC;-*^.

На практике обычно равновесная деформация одного из состояний (например, основного) задана и задача состоит в том, чтобы рассчитать вероятность перехода в состояние с определенной деформацией из состояния, деформация которого неизвестна. Для ядер 25,27 Аб , 29 Р , 35,37Сб сравнение теории и эксперимента происходило для переходов между основными состояниями вращательных полос. В ядре 23 frlcu сравнивались величины квадратов матричных элементов переходов не только между основными состояниями вращательных полос, но и вероятности переходов между вторыми уровнями вращательных полос. Согласие между теорией и экспериментом наблюдалось при некотором наборе параметров деформаций. Проведенный анализ показал, что параметры деформаций, полученные из сравнения экспериментальных и теоретических энергетических положений уровней, как правило, имеют большие значения, чем из данных, полученных из гамма-распада уровней.

Рис. 28. Изменение равновесной деформации основных состояний ядер в области 20 4 А 4 40, вычисленной в схеме Нильссона в работе [71")

Рис. 29. Изменение равновесных деформаций основных состояний (* ), первых возбужденных состояний (0), вторых возбужденных состояний (• ) в зависимости от А , полученных из нашего анализа tzZ переходов

Тенденция уменьшения параметров деформаций с ростом А (от А ^25 до А~37) сохраняется в том и другом случае. На рисунке 28 показано, как изменяется равновесная деформация основных состояний ядер в области 20^ 40, вычисленная в схеме Нильссона в работе £71]. Рисунок 29 иллюстрирует равновесные деформации основных состояний (крестики), первых возбужденных состояний (белые кружочки), вторых возбужденных состояний в зависимости от А (черные кружочки), полученные из нашего анализа 3 переходов. Как видно из рисунка для ядер характерно уменьшение параметров деформаций либо изменение у них знака на противоположный с увеличением энергии возбуждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения диссертационной работы "Электромагнитные переходы между связанными состояниями в деформированных ядрах 23jVa, 25'27Де , 29'31 Р , 35»37с€" были получены следунцие основные результаты.

1. Разработана методика анализа двойных угловых корреляций гамма-лучей в реакции радиационного захвата протонов для случая ядер-мишеней с нулевыми спинами.

2. Из анализа угловых распределений гамма-лучей в реакции Ср>^) определены коэффициенты смеси ( ) для переходов с резонансного состояния на связанные в ядрах 23 A от для 9 переходов, в ядре ° Р - для 29 переходов и в ядре - для 27 переходов.

3. Получены экспериментальные значения матричных элементов гамма-переходов между низколежащими состояниями в ядрах 23 Ма, , 31 Р и 35 Сб , 27 А б . По результатам измерений спектров и анализа угловых распределений мягких гамма-лучей уточнены схемы распада связанных состояний ядер.

4. В рамках обобщенной модели, учитывающей различную деформацию начального и конечного состояний ядра, проведен анализ матричных элементов электромагнитных переходов между возбужденными состояниями в ядрах 23 Ма. , 25,27 ^ 29,31 р ^ 35,37 ££ ^ Показано, что наблюдается зависимость деформаций от массового числа (от А ^ 25 до А ~ 37) для основных и возбужденных состояний легких ядер.

5. Из анализа В (Е2.)~ переходов между низколежащими состояниями ядра 23 А/&- , где введено кориолисово взаимодействие, показано, что переходы более чувствительны к вкладу одночастичной части волновой функции, учитывающей зависимость от деформации, чем к кориолисовому смешиванию.

6. Разработаны программы, написанные на языке Форт-ран-1У и АЛГОЛ—60 для ЭВМЕС-1040 и БЗСМ-6, которые позволили обработать экспериментальный материал и провести расчеты собственных функций и собственных значений энергий по модели Нильссона для непрерывных значений параметров деформаций, рассчитывать энергии уровней без учета и с учетом смешивания полос из-за взаимодействуя сил Кориолиса, а также получать вероятности электрических квадрупольных переходов в модифицированной модели Нильссона.

В заключение выражаю искреннюю признательность и глубокую благодарность научному руководителю доктору физико-математических наук Копанцу Е.Г. за постоянное внимание и помощь при выполнении работы. Очень признательна и благодарна соавторам работ кандидату физико-математических наук Шляхову Н.А. и Хомякову Г.К. за помощь в составлении программ для ЭВМ, за повседневный интерес к работе, за полезные обсуждения, дружеское участие и поддержку, Качану А.С. за участие в эксперименте, обсуждении результатов, доктору физико-математических наук профессору Инопину Е.В., с которым выполнена теоретическая часть работы, технику-лаборанту Колодяжному И.П. и старшему лаборанту Водину А.Н. за помощь в проведении эксперимента.

1. Endt P.M. and Van Der Leun C. Energy levels of Z = 1121 nuclei (VI). Nuclear Physics, 1967,1. A 105, 400 p.

2. Endt P.M. and Van Der Leun C. Energy levels of A = 2144 nuclei (V). Nuclear Physics, 1974, A 2123,605 p.

3. Ланысо Э.В., Домбровская Г.С., Шубный Ю.К. Вероятности электромагнитных переходов атомных ядер 2 = 1-30. Л.: Наука, 1972, 702 с.

4. Инопин Е.В., Копанец Е.Г., Корда Л.П., Костин В.Я., Коваль А.А. Электромагнитные переходы в ядрах между состояниями с различными деформациями. ВАНТ, Серия: физика высоких энергий и атомного ядра, 1975, вып. 3(15), с.31-33.

5. Копанец Е.Г., Инопин Е.В., Корда Л.П. MI-переход аналог-антианалог при различных деформациях исходного и конечного состояний. Известия АН СССР, серия: физическая, 1975, Л 39, № 10, с. 2032-2033.

6. Копанец Е.Г., Инопин Е.В., Корда Л.П., Костин В.Я., Коваль А.А. Ш и Е2-переходы между состояниями ядер с различными деформациями. Известия АН СССР, серия: физическая, 1976, 40, 4, с. 780-783.

7. Bohr A. T'he coupling of nuclear surface oscielationsto the motion of individval nucleons. Kgl. danske vid. Selskab. Mat.- fys.medd., 1952, 26, 14, 40 p#

8. Бор 0., Моттельсон Б. Бета и гамма спектроскопия. -Под, ред. Зигбана К. Физматгиз, 1959, 906 с.

9. Бор 0., Моттельсон Б. Структура атомного ядра. Под ред. Слива Л.А. М., Мир, 1977, 2, 664 с.

10. Gottfried К. Ground-state propertions of nonspherical nuclei. Phys. Rev., 1956, 103, p. 1017-1031.

11. Hill D.L., Wheeler J.A. Nuclear constitution and the interpretation of fission phenomena. Phys. Rev., 1953, 89, p. 1102-1145.

12. Moszkowski S.A. Particle states in spheroidal nuclei. Phys. Rev., 1955, 99, p. 803-809.

13. Деформация атомных ядер. Под ред. Слива Л.А. М.: ИЛ, 1958, 383 с.15. ilottelson B.R., Nilsson S.G. Classification of the nucleonic states in deformed nuclei. Phys. Rev., 1955, 99, p. 1615-1617.

14. Stephens P.S., Asaro F., Perlman I. Classificationof the energy levels of add-mass nuclei in the heavy-element region. Phys.Rev., 1959, 113, p. 212-224.

15. Гончар В.Ю., Инопин E.B., Цытко С.П. Легкие ядра и обобщенная модель. ЖГИ, 1959, Д-001, 37 с.

16. Пекер Л.К., Густова Л.В., Чубинский О.В. Ротационные спектры 24MS . В кн.: Программа и тезисы докладов УШ ежегодного совещания по ядерной спектроскопии в Ленинграде, 1957, с. 17-18.

17. Litherland А.Е., Paul E.B., Bartholomen G.А., Cove24

18. H.E. Gamma rays from the proton bombardment of lug. Phys. Rev., 1956, 102, p. 208-222.

19. Gove H.E., Bartholomen G.A., Paul E.B., Litherland A.E.

20. Properties of low lying levels in lag* Nucl. Phys., 1956/57, 2, p. 132-146.16

21. Rakavy G. Rotational spectra of nuclei pollawing 0. Nucl. Phys., 1957, 4, p. 375-394.

22. Гамма-лучи. Под ред. Слива JI.А. М.: АН СССР, 1961, 720 с.

23. Натаф Р. Модели ядер и ядерная спектроскопия. М.: Мир, 1968, 403 с.

24. Айзенберг И., Грайнер В. Модели ядер. Коллективные и одночастичные явления. М.: Атомиздат, 1975, 456 с.

25. Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. Под ред. Толмачева В.В. М.: Мир, 1979, 736 с.

26. Джелепов Б.С., Драницына Г.Ф., Михайлов В.М. Свойства деформированных ядер с К = 1/2 Л.: Наука, 1971, 251 с.

27. Kerman А.К. Rotational perturbations in nuclei-application to wolfram 183. Mat. fys. medd. dann. Vid. selsk., 1956, 30, 15, 25p.

28. Lancman H., Jasinski A., Kownacki у et al. The decay scheme of 2%e. Nucl. Phys., 1965, 69, 1, p.384-400.

29. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Хомяков Г. К., Шляхов Н.А. Расчет одночастичных собственных функций и собственных энергий по модели Нильссона для непрерывных значений параметров деформаций. Препринт ХФТИ, 1980, 8027, 5 с.

30. Вальтер А.К., Железников Ф.Г., Малышев И.Ф. и др. Электростатические ускорители заряженных частиц. М.: Атомиздат, 1963, 302 с.

31. Копанец Е.Г., Ядерные спектроскопические исследования радиационного захвата протонов. Препринт ХФТИ, 1972, 337-40-72, 13 с.

32. Гусева М.И. Приготовление изотопных мишеней в электромагнитном сепараторе. - ПТЭ, 1957, 5, с. II2-II3.

33. Kopanets E.G. Charged-particle-induced radiative capture. IAEA, Vienna, 1974, p. 101-119.

34. Костин В.Я., Копанец Е.Г., Коваль А.А., Корда Л.П. и др. Анализ угловых корреляций % лучей для случая ядер-мишеней с ненулевыми спинами. - ВАНТ, серия: физика высоких энергий и атомного ядра, 1975, вып. 3(15), с. 21-23.

35. Harris G.I*, Hennecks H.J., Watson D.D. Angular correlations of radiative transitions from aligned nuclei. Phys. Rev., 1965, 139, p. 1113-1121.

36. Фергюсон А. Методы угловых корреляций в гамма-спектроскопии. М.: Атомиздат, 1969. 253 с.

37. Nordhagen R. Proton capture formation table. Fyzisk institutt, Universitet in Oslo, 1964» 45 p«

38. Качан А.С., Копанец Е.Г., Корда Л.П. Изучение угловых25 26распределений в реакции Mg(p,^) А1 . Известия АН СССР, серия: физическая, 1981, 45, II, с. 2157-2159.

39. Вапетра А.Х., Ниих Г.Н., Ван Лишуж Р. Таблицы по ядерной спектроскопии. Атомиздат, I960, 152 с.

40. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Качан А.С. и др. Матричные элементы электромагнитных переходов в ядре фосфора -31. В кн.: Тезисы докладов ХХНУ совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 1984, с. 319.

41. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Качан А.С. и др. Матричные элементы электромагнитных переходов в ядрах натрия-23 и фосфора-31. ВАНТ, серия: общая и ядерная физика, ХФТИ, 1984, вып. 2(27), с. 30-32.

42. Копанец Е.Г., Корда Л.П., Коваль А.А. и др. Е2-переход273,678 0 МэВ в ядре А1 . В кн.: Программа и тезисы докладов ХХУ1 совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 1976, с. 157.

43. Twin P. J.,Jayasinghe Е.М., Jones G.D. et al. Gamma-ray spectroscopy in ^ P: levels below 7,5 MeV. J. of Phys. A: Math, Itfucl. Gen., 1974, 7, 12, p. 1410-1436.

44. Harris, Hennecke and Prosser. Properties of excited sta31tes of P. Gamma-ray angular distributions and correlations. Phys. Rev., 1963, 131» p. 737-804.

45. Корда Л.П., Качан А.С., Копанец Е.Г. Определение коэффициентов смесей мультиполей для связанных состояний35ядра С1 . В кн.: Тезисы докладов ХХХП совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 1982, с. 50.

46. Коваль А.А., Копанец Е.Г., Костин В.Я., Корда Л.П. и35др. Тонкая структура НАС 7/2"* в ядре 01 . Известия АН СССР, серия: физическая, 1977, 41, 8, с. 16581660.

47. Копанец Е.Г., Коваль А.А., Костин В.Я., Корда Л.П. и др. Угловые распределения гамма-лучей из реакциих • Известия АН СССР, серия физическая, 1977, 41, 8, с. 1688-1690.

48. Hooton, Hausser, Ingebretsen and Alexander level structure of from the 32S( oL} reaction. Can. J. Phys., 1970, 48, p. 1259-1269.

49. Watson, Manthuruthil and Lee, Isobaric analog states in 35C1. Phys. Rev., 1967, 164, p. 1399-1407.

50. Бор 0., Моттельсон Б. Структура атомного ядра. Под редакцией Слива Л.А. М.: Мир, 1971, I, 456 с.

51. Дейвиссон Ш.М. Бета и гамма-спектроскопия. Под редакцией Зигбана К. Физматгиз, 1959, 906 с.

52. Ахиезер А.И., Берестецкий Б.Б. Квантовая электродинамика. М.: Изд. технико-теор. литературы, 1953, 428 с.

53. Елатт Дк., Вайскопф В. Теоретическая ядерная физика. -М.: ШГ, 1954 , 658 с.

54. Бете Г. Квантовая механика. М.: Мир, 1965, 336 с.

55. Инопин Е.В., Лукьянов В.К., Поль Ю.С. Формфакторы рассеяния электронов на ядре углерода в альфа-кластерной модели с проектировкой. Препринт ОШИ, 1973, Р4-7350, 32 с.

56. Копанец Е.Г., Инопин Е.В., Корда Л.П. Электромагнитныепереходы в ядрах между состояниями с различными деформациями для случая Ь ^ K^+Kj . Известия АН СССР, серия: физическая, 1980, 44, 9, с. 1947-1949.

57. Копанец Е.Г., Львов А.Н., Мигаленя В.Я. и др. Радиационный захват протонов и изобар-аналоговые состояния в яд27 35 41 pax 9 С1 и К . Известия АН СССР, серия:физическая, 1971, 35, с. I676-I68I.

58. Вальтер А.К., Копанец Е.Г., Львов А.Н., Цытко С.П.27

59. Низколежащие уровни ядра А1 . Известия АН СССР, серия: физическая, 1964, 28, 2, с. 268-270.2 3 21

60. Selin Е. A nuclear structure study of "lie and Ne by-means of thermal neutron capture in natural neon. -Physica scripta, 1970, 2, p. 169-179.

61. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Инопин Е.В. Учет кориолисово-го взаимодействия в расчетах В(Е2) между состояниями с различными деформациями. ЖГИ, ВАНТ, серия: общая и ядерная физика, 1984, 2(27), с. 63-65.

62. Dubois J. A nuclear structure study of 2%a by means of the 22Ne(3He, cL )2\q. reaction. Nuclear Phys., 1967, A104, p. 657-676.

63. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Инопин Е.В. и др. Анализ маг-итё37,35г,нитных дипольных и квадрупольных переходов в 01 и

64. С1 с учетом изменения деформации ядра. Л.: Наука. В кн.: Тезисы докладов ХХУШ совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра» 1978, с. 14.

65. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Инопин Е.В. Матричные элементы электромагнитных переходов и деформация легких ядер. Л.: Наука. В кн.: Тезисы докладов XXIX совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 1979, с. 140.

66. Корда Л.П., Копанец Е.Г., Инопин Е.В. Энергии и Е2 пе~ реходы в А1 при различных деформациях одночастичных состояний. Л.: Наука, В кн.: Тезисы докладов XXXI совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра, 1981, с. 52.

67. Корда Л.П., Копанец Е.Г. К вопросу о деформациях легких ядер. ХФТИ, ВАНТ, серия: общая и ядерная физика,1981, вып.2(16), с. 3-6.

68. Креснин А.А. Лекции по оболочечной модели ядра. ~ ХФТИ, 1970, 66 с.