Фоторасщепление изотопов олова и исследование простых реакций под действием γ-квантов тормозного излучения с максимальной энергией 4.5 Гэ.В тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

р'г8 ОД

На правах рукописи 1-93-319

БАЛАБЕКЯН Анаит Рафиковна

УДК 539.172.3:539.173.3

ФОТОРАСЩЕПЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ ОЛОВА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЫХ РЕАКЦИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ у-КВАНТОВ ТОРМОЗНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИЕЙ 4.5 ГэВ

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1993

Работа выполнена в Ереванском Госуниверснтсте

Научные руководители:

доктор физ.мат. наук профессор

кандидат фио.мат. наук доцент

Официальные оппоненты: профессор

доктор физ.мат. наук профессор

доктор физ.мат. наук

А.Г.Худавердян А.С.Данагуллн

К.ЯЛ ромов

Б.С.Ишханов

Ведущее научно- исследовательское учреждение: Ереванский Физический институт, Ереван, Армения.

Защита состоится " 1993 г.

на заседании специализированного Совета Д-047.01.03 по адресу: 141980, Дубна Московской обл., ЛЯП ОИЯИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Автореферат разослан

- ¿>3

1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета доктор физико- математических наук

Ю.А.БатусоЕ

Актуальность работы: В течении последних 30-ти лет резко увеличилось число работ, посвященных реакциям протекающим под действием нуклонов, 7г- мезонов и тяжелых ионов. Интерес к таким реакциям объясняется широким кругом вопросов, затрагиваемых в них. Изотопический эффект, изомерное отношение остаточных ядер, образование заряженных пионов - вот неполный список вопросов исследуемых в таких реакциях.

Наряду с этим;работ по фотоядерным реакциям в области промежуточных и высоких энергий не много. Во всех этих работах в качестве ядер-мишеней использованы в основном моноизотопы и их массовые числа лежат в области А < 100. Исследование фотоядерных реакций на ядрах с А > 100 в литературе встречаются редко, а на разделенных изотопах одного элемента почти отсутствуют.

Использование разделенных изотопов в качестве мишеней, позволяют выявить структурные характеристики как ядер-мишеней, так и остаточных ядер, в частности изоспиновую зависимость выходов остаточных ядер в реакциях фоторасщеплення.

Сечения и выходы реакций расщепления кроме их непосредственного определения на эксперименте, можно оценить и расчетным путем, используя каскадно - испарительную модель. Отсутствие таких расчетов для реакций фоторасщеплення, что связано с грамоздкостью и сложностью этих расчетов, привело к поиску полуэмпирпческнх - аналитических формул для описания выходов этих реакций. Однако малочисленность экспериментальных данных в массовой области А > 100 делают пока невозможным однозначно описывать эти данные полуэмпирической формулой. Это приводит к новым исследованиям для пополнения экспе-риментнальных данных новыми точными результатами.

Цель работы: Диссертационная работа посвящена исследованию реакций фоторасщеплення на разделенных изотопах олова 1123п, 1143п, 1163п, 119Бп, 1203п, 122Бп, 124Бп с целью получения новых экспериментальных данных по фотовыходам в области массовых чисел А > 100, изучения массовых и зарядовых распределения фотовыходов ядер-продуктов. В качестве бомбардирующих частиц использован пучок 7- квантов тормозного излучения с максимальной энергией 4.5 ГэВ. Получены также зыходы простых реакций (7, гс), (7,р) и (7,7т), а также проведены исследования изомерных отношений выходов некоторых остаточных ядер в зависимости от числа эммитируемых нуклонов.

Научная новизна: При выполнении работы получены следующие юые результаты:

1. Методом наведенной активности было проведено исследование ре-1Кций расщепления разделенных изотопов олова (1123п, П43п, 1163п, 1193п,

1203п, 1225п, 124Бп) фотонами тормозного излучения с максимальной онер-гиен 4.5 ГэВ. Впервые определены в среднем 85 выходов остаточных ядер из каждой мишени.

2. При обсуждении экспериментальных значений выходов выявилась зависимость выходов остаточных ядер от нуклонного состава ядер - мишеней и ядер - продуктов (рис.1). Кроме того оказалось, что квадратный корень отношения экспериментальных выходов к расчетным по формуле Лиднгрена и Ионсона имеет экспоненциальную зависимость от (Тз^з) - разницы изоспинов ядра - мишени и ядра - продукта (см. рис.2). Попытка ввести в формулу Линдгрена-Ионсона поправочный член, зависящий от (Тз^з) не удалось, поэтому параметры оставили свободными, фитпрование дало удовлетворительное согласие (рис.3).

3. Экспериментальные значения выходов фоторасщепления сравнены также с другими полуэмпйрическими формулами, известными в литературе. Сравнения показывают, -что экспериментальные данные удовлетворительно описывается также формулой Фошина-Наполи с подгоночными параметрами, которые получены в настоящей работе методом наименьших квадратов (рис.4).

4. Исследованы изомерные отношения выходов для пяти ядер-остатков. Сравнены поведения зависимости изомерных отношений выходов и сечений от числа вылетевших нейтронов для фото и протон ядерных реакций. Найдено, что если для ядер - остатков 52Мп и 44Бс изомерные отношения растут с ростом вылетевших нейтронов, как для протонядер-ных так и для фотоядерных реакций, то для ядер - остатков 1101п и 1081п и 94Тс они сначало растут, а затем выходят на плато. На основании наблюдаемых корреляций между изомерными отношениями выходов и числом вылетевших нуклонов (рис.5) можно прийти к выводу, что при образовании изотопов 1п, Ш1, Тс и У наряду с каскадно-нспарительным механизмом реакции, вероятно, имеет место и процесс испускания нейтронов из-за поглощения образованных в ядре тг -мезонов квазидейтронами на поверхностном слое ядра.

5. Исследованы реакции типа (7,ЛГ) и (7,2/^) на разделенных изотопах олова при энергиях налетающих 7-квантов Е^та1 =4,5 ГэВ. В процессах (-у, И) и (■у,2Ы) , как и в области гигантского резонанса важную роль играет пзоспиновая зависимость.

6. Изучение выходов реакции типа (7,27^) показало, что доминирующую роль в таких процессах играет поглощение фотонов квазидейтронами на поверхностном слое ядра - мишени.

7. С помощью использования тонких пленок ядра - мишени были измерены вклады вторичных реакций в процессах типа (7,7т) и (7,7га:п) Если в процессах (7,7тхп) эти вторичные эффекты не дают существен

ного вклада и находятся в пределах статистических ошибок, то в реакциях типа (7,7Г~) они составляют 40-50 % от общего выхода (рис.6). Используя экспериментальные результаты определены выходы вторичных реакций для тех мишеней, для которых невозможно было измерить эти вклады.

S. Проведен анализ связи выходов реакций типа (7,7т) от структуры возбужденных уровней ядер-остатков. Найдено, что при преобладании у ядер одночастичных уровней возбуждения, выход реакций (7, 7г) намного выше, чем в случае ядер с большим количеством коллективных уровней возбуждения (например Си61 и Mg27).

9. При сравнении расчетов каскадно - испарительной модели и полученных экспериментальных результатов сделан вывод, что нейтроны сопровождающие 7г-мезон в реакциях типа (7, ттхп), вылетают в основном в испарительной стадии.

Практическая ценность работы:

а) Полученные результаты можно использовать в радиационной медицине и в работах по активацнонному анализу.

б) Экспериментальные данные можно использовать для теоретиче-:кой интерпретации структуры ядер.

в) Развитый метод определения выходов вторичных реакций можно использовать в работах по изучению вторичных процессов в ядерных эеакциях.

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, трех 'лав и заключения, содержит 124 страниц, в том числе 9 таблиц и 32 шсунков.

Аппробация работы: В основу диссертации вошли работы [1-9], :оторые докладывались на семинарах кафедры ядерной физики физиче-кого факультета ЕГУ, на конференциях молодых ученых ЕГУ, на на-чных сесиях профессорско- преподавательского состава ЕГУ, на всесоюзном межвузовском координационном Совете по физике высоких энер-ий (ЕГУ, Ереван, 1987г.) на сесии отделения ядерной физики АН СССР 1988/, на втором международном конференции по Физике Низкой Ра-нации /1982,Братислава/, на международных совещаниях по Ядерной Спектроскопии и Структуре Атомного Ядра /Харьков (1986), Юрмала 1987), Ташкент (1989), Ленинград (1990), Минск (1991)/.

Содержание работы: Во введении обсуждается актуальность про-пемы изучения фотоядерных реакций, сформулирована цель диссерта-ионной работы и приведено краткое содержание диссертации.

Первая глава посвящена описанию экспериментальной установки и етода регистрации продуктов фотоядерных реакций. Метод активаци-яного анализа, использованный нами в этой работе, позволяет одновре-

менно получить выходы простых процессов, реакций фоторасщепления и реакций с образованием заряженных пионов.

Во второй главе приведены результаты исследовании реакций расщепления на разделенных изотопах олова - 112Sn, U4Sn, 116Sn, llsSn, 120Sn, 122Sn, 124Sn фотонами тормозного излучения с максимальной энергией 4.5 ГэВ. Получены новые данные по фотовыходам - примерно 85 остаточных ядер из каждой мишени. Проведен анализ экспериментальных результатов, который показал существование зависимости значений выходов от нуклонного состава ядра - мишени и ядра - остатка (т.е. положения ядер по отношение к линии ß - стабильности, явления изотопического эффекта). Полученные экспериментальные данные сравнивались с оценками, полученными по модифицированной формуле Рудстама с параметрами Линдгрена и Джонсона , а также с подобной формулой, учитывающей изоспиновую зависимость выходов реакции расщепления . Эти формулы, особенно последняя, сравнительно хорошо описывают фото выходы реакций расщепления в области масс мишеней А < 100. Kai показали наши исследования они неудовлетворительно описывают экспериментальные данные, полученные в области масс А > 100. Поэтому ис экспериментальных значений выходов, полученных нами, методом под гонки вычислилнсь параметры модифицированной формулы Рудстама а также формулы Фошина-Наполи и др., построены зарядово - дисспер сионные кривые и кривые распределения "превращенных" фотовыходо] остаточных ядер. Полученные кривые удовлетворительно согласуются i экспериментальными данными. В этой лее главе обсуждены поведение фотовыходов высокоспиновых и низкоспиновых состояний нескольки: изомерных пар в зависимости от числа испущенных нуклонов. На основ> наблюдаемых корреляций между изомерными отношениями выходов i числом вылетевших нуклонов сделано заключение, что при образованш этих изомерных пар наряду с каскадно - испарительным механизмов реакции, имеет место процесс испускания нейтронов из за поглощени образованных в ядре тг - мезонов квазидейтронами на поверхностно! слое ядра.

Третья глава настоящей диссертации посвящена изучению прямы: процессов. Под прямыми процессами подразумеваются реакции типо (j,N), (j,2N) (7,7г). Хотя прямые реакции типа JV), (7,27V) проте кают в основном в области гигантского дипольного резонанса, однако использованием тормозного спектра при больших энергиях взаимодег ствующих 7 - квантов тоже можно получить информацию о механизме : особенностях реакций, связанных со структурой ядер. В настоящей рг боте сделаны такие исследования при максимальной энергии тормозног спектра 4.5 ГэВ на разделенных изотопах олова и никеля. Полученны

результаты позволяют говорить о изоспиновон зависимости- выходов простых реакции, а также подтверждают квазидейтронную структуру ядер.

Реакции типа (7,7г) и (7, пхп) исследован^л нами на разделенных изотопах олова и никеля, а также на 65Си и 27А1: Для (7,7г) реакций чрезвычайно важно учесть вклад вторичных реакций в значении выходов. Поэтому измерения делались на мишенях с разными толщинами и при помощи экстраполяции к "нулевой" толщине, определялись чистые выходы реакций с учетом этого вклада. Если в выходах (7,7г) реакций вторичные реакции дают ~ 50% вклада, то в выходах (у,тгхп) реакций они входят в пределы статистических ошибок. В результате исследований (7,7г) и (7, тгхп) реакций подтверждено, что (7, тг) реакции идут на поверхности ядра и сделано заключение что значения фотовыходов таких реакций чувствительны к оболочечным эффектам н зависят от структуры ядер - мишеней и ядер - продуктов, от числа одночастичных уровней, кроме того нейтроны сопровождающие пионы в реакциях (7, тгхп) имеют испарительный характер.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы, выдвигаемые к защите.

25

20

"с 15

с/1

—»

С"

ю

^ 10 оо

О"

5

0

1,05 1.10 1.15 1.20 1.25 1-30 1.35 1.40 Рпс.1

п/2

95

Яи

8Д.

108

2г

| Д *«

94 Тс?

90ЫЬ )

82

Вг

95Тс .83«Ь 95МЬ 'ЮЗ

■ 11 .. I.. I I . I .I....... I I - ■ .ш. ■ ■ . ■ > .

Ри

2

1

О

1

2 О

■

1 2 3 <,

Рис. 2 Зависимость отношения экспериментальных и расчетных выходов остаточных ядер из мишеней а)58./Уг и 64]Уг и б)1125п и 1245п от разности изотопических спинов ядер-мишеней и ядер-продуктов. Кривые проведены фитированием экспериментальных данных по методу наименьших квадратов. 6

Рис. 3 Зарядово - дисперсионные кривые для ядер -мишеней 1125п, 1165,п и 1245п. Кривые проведены по расчетам формулы (2.1) со свободными параметрами.

♦ у К

97Яи ^'МЬ

-5 -А -3 -? -1 О 1 2 3 4 5 V/

Рис. А Распределение "превращенных" фотовыходов остаточных ядер для мишеней 1125п, 1165п и 1245п.

О I I I I I I I I I I I IIIIIIIIIIII I II I и I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I II I I I I IIIIIIII|III I I I I I |

15 20 25 30

число вылетевших нуклонов

0

5

Рис. 5 Зависимость изомерных отношений Г1 от числа вылетевших нуклонов ДА. Точки: • - 110/п, о - 108/п, х -."ДЛ, О - 94Тс, ▲ - 87Г.

толщина мишени, мг см2

Рис 6 Зависимость значения выходов от толщины мишеней. Точки: о - 60т(у,тг-)60Сщ • - 1205'гг(7,7г-)120т56, Л - 27А?(7,7г-)27М5, О - 1245п(7,тг-)124^ (шкала справа), х -

65Си(7,тг+)65М, 10

ЛИТЕРАТУРА

1. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Худпвердян. "Изомерные отношения выходов реакции Sn(7, .гру;г)Х". ЯФ, 19S7, 45, вып.З, G09-G13.

2. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Хз'давердян. "Выходы фоторасщепления разделенных изотопов олова". ЯФ, 1992, 55, 2593-2G03.

3. А.Р. Балабекян. "Фоторасщсплснпс изотопов 112 S11 и 12lSn". Молодой научный работник ЕГУ, 19S1, 2(34), 51-5G.

4. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Худавердян. "Фоторасщепление разделенных изотопов олова". Тезисы докладов 41-го Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Минск, 1991, ст.291.

5. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Худавердян. "Исследование простых фотоядерных реакций на изотопах никеля". Изв. АН АрмССР сер. физика, 19SG. 21, вып.З, 113-117.

6. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Худпвердян. "Реакции типа (7, ¿Y), (7, 2N) и (7, ~хп) на разделенных изотопах олова". ЯФ, 19S9, 50, вып.5(11), 122G-1230.

7. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Худавердян. "Фоторасщепление изотопа Си ". ЯФ, 19S9, 49, 922-927

S. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян. А.Г. Худавердян. "Исследование реакций (7 , те) и (7, тг.гл) на средних и среднетяжелых ядрах". ЯФ, 1990, 51, вып.С, 15S2-15S4.

9. A.A. Аракелян, А.Р. Балабекян, A.C. Данагулян, А.Г. Худавердян. "Фотовыходы долгожнвущих остаточных ядер из разделенных пзотопов олова". ЯФ, 19SS, 48, вып.3(9), 618-G22.

Рукопись поступила в издательский отдел 26 августа 1993 года.