Испускание выскоэнергетичных гамма-квантов при спонтанном делении и альфа-распаде тяжелых ядер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИН/. , ОРДЕНА ОХ'ТЯБРЬСКСР РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ммгни М.Ь. ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-!КСЛЕДОВАТЕ/!ЬСК1Т. ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ на «разах рукописи

ЗЫОНГ КУОК ХУНТ ИСПУСКАНИЕ ВИСО:<ОЭ.ЧЕ?ГЕТИЧНЫХ ГАММА-КВАНТОВ ПРИ СПОНТАПНГЧ ДЕЛЕНИИ Я с - РАСПАДА ТЖЕЛКХ ЯДЕР

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 01.04.15 - ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ .

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА С0НСКМ!И2 УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

МОСЖЕЛ - 1932 ГОД

Работ выполнена в Отделе физики «томного ядра Научно - исследовательского института ядерной физики Московского Государственного Унизерситетп им. Н.В. Ломоносова

Научный руководитель : *

кандидат Сипкко - математических наук Николой Владимирович

старший научный сотрудник ЕР£МИН

Официальные оппоненты

доктор физико - математических наук Евгений Александрович

профессор РОМАНОВСКИЙ

кандидат фмзикэ - математических неук Юрген

отерший научный сотрудник РЮДИГЕР

Ведущая (•рганизация : Объединенный институт ядерных

иоояедороний ,г. Дубна

Защита диссертации ссстомтся " 49" июня 1392 г. в . чаоов на заседании Специализированного Совета

К - 053.05.23 к Московском Государственном Университете им. М.Б. Ло11очооо5Д. Адрес : 11С 899 ,г. Москва, НИИЯФ МГУ, 19-й корпус МГУ.

0 диссертацией можно познакомить«?. з библиотеке НИИЯФ МГУ

Автореферат разослан "_^ мая 1992 Г.

ученцР,' секретарь ^

Специализированного Созета -

кандидат фи;.мко -• математических наук ^ О. Б. ЧУНАНОВА

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Регистрация г-квантс-в, испускаемых п^и распаде возбужденных ооотояний атомных ядер, является одной из традиционных методик изучения свойств конкретных ядер и механизмов протекания ядерних реакций пол действием легких заряженных частиц и нейтронов, а такхе при кулочовском возбуждении ядер в столкновениях тяжелых иэиоз.

. Измерение энергетических спектров и множественности .вылета ?•—кзянтон в реакциях о тяжелыми ионами дает ценную информации» о механизмах диссипации углового момента в я;ерно-ядэрных птолкиовениях . Особое внимание р последние несколько лет уделяется проблеме возбуждении и распада гигантских релонанссв э столкновениях тязгелых ионов .

В саетн о наблюдением подпорогового рождения п-мезоьов в столкновениях ионов о энергиями Е/А ~ 10 М г>Р/нуклон существенное внимание в настоящее время уделяется изучению природы < коллекгнгной иль нуклон-нуклонноП ) то 1> мойного пс-лучения, сопровождающего столкновения ядер .

На фоне эту.х работ весьма актуальными являится исследования, посвященные изучению процесса испускания высокознергетичных г-кох.чтов при спонтанном делении тяжелых ядер. Несмотря к а то, что со времени открытия .явления .деления ягер прошло у*в более полувека, уятероо физиков к этому яйдоннх» до сих по» ь<? иссяк. Так, например» с помо^мо деления удоО-ю иооле^евать .толлехтизнае моды движения нуклонео п ядерной материн, устанавливать взаимосвязь ^ежду одночасти«;нйми и

а

коллективными этепе лми опободк нуклонов. изучать силовые

функции ^-распада н-эйтронно-нзбыточмых оокслксв деления • и т.д.

Причем * .изучение явпенкя испускания сысо1:ос>нергеткчес.1!х 1

^-квантов в процессе деления занимает особое место о этих •

исследованиях . Всесторонний анализ ■данного явления позволит

существенно продвинуться в 1 понимании динамики взаимодействия

одночастичних и коллективна степеней свободы ядерной материи,

играющий оонозополагяющув ропь при установлении гарятового и

массового распределений фрагментов в столкновениях тяжелых

ионов, а токкс при дисоипаиии кинетической энергии .

взаимодействующих яцер в энергию возбуждения осколков.

Целью настоящей диссертационной. раГ>оты является

мЬучение вклада различных ыеханмамоз испускания

рысокоэнергзтических г-квантоз ь, в частности, механизма *

попускания тормозного излучения в полный выход »--излучение при '

спонтанном делений и «-распаде тяжелых ядер. ■

Дл^ этих целей в разных методических модификациях были

• Еыпотшены эксперименты по измерению различных учаотков

энергетических спектров выоокоэкергетичеоких' гамма-квантов,

252

сопровождающих процесо спонтанного деления С[. Измерения

был1-1 выполнена при нескольких углах испускания г-квантов по

252

отношению к • оси деления ядра '""'СС. О целью воеоторонной анрооацич использованных методик были выполнены эксперименты по

измерению выхода тормозного излучения, оопрозо&^оющэго «-распад

■ ' 052

ряда изотопов■полония, редия к радона, а также распад " С?,

1 причем иооледозалаоь хак обычная мода «-^аздада, так и т.н.

процесо "тройного деления", . когда наряду о парой осколков ,

испускаются и а-чаотицы с энергиями "10 * 15 МэВ . о

использованием ооновных особенностей их методики.

1 *

Помимо модели ' мгноренных скоростей выходы

зыеокоэнергетических /--квантов бнли расчитаны и а рамкгх более

реэлистическоП модели, учитывающей движение осколков г><>

кулоковоким траекторий-:." Анализ полученных экспериментальных

данных на основе этих двух моделей покьзал, чю реальная

i

ситуация соответствует промежуточному . случао, котд'. начальный этог. разлета осколкоз оказывают влияние ядерное оили.

Цель работы

1) Создание экспериментальной уот'.нопкп ¡i разработки методики'

проведения QKcnopi¡ментов по ,,изучению временной и

i. /

пространственной эволюции делящейся системы о помощью тормозного излучения, сопровождающего ядерные: пре-зращенип. Я)АпроОаци* метода тормезнох'о излучения на примере а-раопаде тягелнх ядер.

3)Изучзнне влияния проогракствонной интерференции тормозных фотонов lía форму ' их энергетического спектра. 4>Изучение возможности протекания процесса образования прелразривнсП кинетической энергии у фрагметок деления.

Научная новизна ? )

-Разработано экспериментальная метод.'лег . позволяющая измерять, вчходн todho3iiiíx фотоноз о диапазоне- анергия от lO'J КэВ до 100 МэВ в уолерияхмэлого Енхода тормозного и^пучени? и сильного нейтронного Фона.

-Предложен норыЯ способ определения проотрянотиенной конфигурации делящейся системы на основе измеренных эиергети»еоких спектров тормозного' излучения, позволяющий производить детальней анализ динамики протекания ядерного

Ь

превращения.

-Ег.ервые измерены 'энергетические зпвкоимостн выхода тормозного

излучения при энергии г-квантов от 100 до 500 К&В в

°34 226

олучаях '^-распада изотопов Ро и На ,а такке при энергии

г-квантог до 2 МаЗ в случаях а-распада и '/ройного спонтанного о-'.

деления "С{.

-Изучена анерготичэокая зависимость нихода тормозного излучения

в интервале энергии г-квантов от 2 до 100 МэВ при опонтаннсм

252 1

бинарном .делении С Г. Впервые экспериментально обнаружена

интерференционная структура в энергетическом спектре тормозного

25'>

излучения при спонтанном делении С1.

Практическая ценность работы.

Созданная экспериментальная уотаьевка может быть использована для проведения коррелляционкых измерений р. ядерных реакциях под действием зарягенных частиц, а также при выполнении г.с микроэлемечтному анализу многокомпонентных образцов.

Полученные экспериментальные данные о прост,мкотвенных размерах делящегося ядра в момент разрыва пейки м предразрнвно£ кинетической энергии соколков для проверки существующих теоретических подходов к описанию процеоог. делении атомных ядер.

Результаты изучения энергетической зазисимооти вероятности испускания тормозных фотонов при о-раопадетяжелых ядер могут олуяить основой для дальнейшего совершенотеоьения существующих теоретических предотаглений о механизме туннелировапия час.-тиц через кулоновский барьер.

АпроЗаиия работы. Материалы, исшедшие в диссертации.

докладывались и обсуждались

- на специализированных семинарах Лаборатории ядерных реакций Отдела физики атомного ядра НИЛЯФ МГУ;

-'на II Всесоюзном семинаре по временам гизни возбужденных, ядерных состояний, г.Ленинград, 1989 г.;

- на Международной школе rio физике тяжелых ионов в Дуоче, 1990 г.;

- на Международной школе по проблемам оценки ядерных данных в Триесте; Италия, в 19Э2 г.

На защиту выносятся следу.ощие положения :

1.Созданная экспериментальная установка позволяет измерять

выходи тормозных фотонов о энергиями от нескольких д-ояткоп кзВ

до оотни МоВ в совпадениях с частицами -продуктами спонтанных

—7

превращений тяжелых ядер в условиях малого порядке i0 и менее выхода тормозных фотонов на рлин акт респадь. Я.Новый способ определения временной и пространственной эволюции делящейся системы на основе измеренных энергетических спектров тормозного излучения , позволяющий производить детальней анализ динамики протекания процесса ядерного превращения.

3."овыК способ определения предразрнвной кинетической енергии осколков лри днлении т/.аелкх ядер.

4.Измеренные энергетические смектрн тормозного излучения при

214

энергии >'—квантсв от 1С!0 до 500 КэВ и случаях «-распада Ро и

оо д

Йа , а также.при энергии ^-квантов до 2 МэЬ в случаях

2С2

<>-распада и тройного спонтанного деления * Cf.

5.Измеренный энергетичеокий спектр тоокозного излучения в диапазоне энергии /-- квантов от 2 до 100 МэЕ при спонтанном

делении .

6. Теоретический анализ энергетичеоких спектров тормозного

•рлл 22Е

излучений ."пя «-распада изотопов Ро , йа , «-распада л • тройного спонтанного делания" С!1 , зыполненчий в рамках модели мгновенных скоростей и модели кулоновских траекторий.

7. Теоретический анилиз энергетического спектра тормозного

2ЧО

излучения для бинарного спонтанного деления .С?, выполненный с рамках модели мгноьениих скоростей, а также комбинации модели, мгноьенпыу скоростей и модели кулоновских траекторий-

8. Измеренной энергетический спектр мягких »--квантов и его сравнение о результатам расчетов , выполненных с помощью Программ ЕХ' чОН, ЛЦ^Е - 91 и СМАЗИ.

Структура и объем работа. • <

Диссертация состоит из введения »четырех глав .заключения и спиока литературы .Оно Ьодержит ?5 страимц машинописного текста ,47 рисунков ,2 таблиц и список л/тератури, из 60 наименований, всего ИЗ страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вве^нии обоснована актуальность исследований и- кратко сформулированы цели работы и содержание отдельных глав.

В пердоА главе диссертации дан обзср современного состояния методов намерения энергетических спектров и угловых распределений к-квантов, испускаемых п^и спонтанном делении тяжелах ядер и приведены г.мепдкеся в литературе экспериментальные данные по биходам как "мягких" О энергиями до 10. МэВ , так и болев яеотких. г-квз.чтог. Списаны

'персПчЖТИЕние методики изучения процесса д денил тяхелых ядер.

Во второй IV? не представлено списание ра1-рг.бстанлоЯ методики измерения энергетических спектров тормозного излучения, сопровождение! о ядерные превращения, в диапазоне энергий от нескольких сотен кэВ до 100 МэВ, в условия:; малого выхода тормозных фотонов, когда вероя\,.;ооть испускания, отнесенная к одному акту распада, но превышает К>~6 .• В , качестве детекторов г-кватоз больших оьергий использовались ВОО-сцинтилляторы. Определено влияние . нейтронов на функции отклика ВйО-детектор«. и произведена их калибровка о использованием резонпноьых ядерных реакций. С помощь» методики совпадений между ?■ -квантами и продуктами распада тяжелых г<дер впервые измерены онергет'ичесхю спектры тормозного излучения при «-раопаде изотопов Рс, Ка и ~ с;, а также тормозного излучения из соколков обычного, бинарного, я тройного деления

Третья глвва 1 ^свячена теоретичео кому опиоанию процесса

испускания тормозного излучения при спонтанно» делении или.

•^-распаде тягселых ядер. Подробно опиоан развитый в настоящей ( 1 ■ работе .чето.' / расчета тормозного у-излучения, основанный на

уравнениях классической электродинамики в дзух приблпх'гниях^

прибчидегни". мгновенных скоростей и приближении купочовоких

трч: лорий. Анализ экспериментальных данных в - ранках

предлокенных модэлей . . ■'-. показал, что '

, * *

1:аилучлее опиоание испускания тормозных у-квантов удается

достигнуть в рамках модели мгнозенмых окер: ^теЧ, что служит

указанием наличия некоторой кинетической' энергии у чгогк'д-продукгоз рассаца нэ предразрызмой стадии.

В четвертой главе представлены результаты расчета выхода

о

у-квантов при низких энергиях Е^ •£ 10 ЫэВ о использованием современных моделей, основанных на статистической теории ядерных реакций. Показано, чтс теоретический раоче? хорошо описывает энергетический опектру-излучения в интервале от 2 . до 6 У&В ' • . Однако при энергии Е„ > 6 МэВ

■ экспериментально измеренные данные висе, чем теоретический раочет примерно на порядок, чтс является свидетельством г" на-личип значительной,предрапнозеонсй компоненту г-лзлучения ч при этих энергиях.

■

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты данной диссертационной ' работы заключаются в следующем : '

'х. Рас-роботгна методика' измерения энергетических спектроз тормозного излучения, сопровождающего ядерное превращения. Созданная экспериментальная установка позволяет измерять выходы тормозных фотонов о энергиями от нескольких десятков кэ!> до сотни НоВ в совпадениях о частицами -продуктауи спонтанных

_7

превращений тяжелых ядер е условиях малого порядка 10 и менее выхода тормозных фотонов на один акт раопадя.

2. Исследовано влияние неИтроноБ на функцию- отлликз ВбО-детектора рыоокоэнергетичногс ^-излучеьия и проведена калибровка В0С1 детектора по резонаноним ядерным реакциям на ускорителе ЭГ-8 НИИЯФ МГУ.

3. Впервые измерены энергетические спектра Тормозного

излучения, сопровождающего а-раепад нзотопоз и

спектры тормозного излучения при сношенном делеиии пс основной моде и каналу тройного деления СГ.

4. С использованием у-г совпадателькой мотодики измерен энергетический спектр у-киентсв, сопрово^дагоцих лроиеэс спонтанного деления ядра С{. Показгно, что ьысскознергетичное плато в выходе г-квантов сеязлнс о регистрацией фонового космического излучения.

5. Разработана модель расчета то\жс?ного г-излуения ооноЕэнная ка уравнениях классической электродинамики в дзу>; приближеньях;1 приближении мгновенных скоростей и модели кулонсвскмх траектория. Написана программа расчета спектров тормозного излучения и его углевого распределэния Д1Я различных канатов распада исследуемых ядер.

Показано, что интерференционные эффекты в испускании тормозных фотонов приводят к появлению минимума б вы код« г-квянтов прк Е^ " 6 ЬЫ*.. Форма спектра тормозного излучения оказыз&егоя чувствительной -к пространственной кенфигурацу-и делящейся сиотеми. Абсолютный выход тормозных фотонов также чувствителен к величине кинетической энергии фрагменте? на предразрыамой стадии временной глслпции делящейся системы.

6. Анализ полученкьх экспериментальных данных в рамках предложенных моделей показал, что наилучшее описание испускания тормозных фотонов удаотзя достигнуть а ремгах модели мгновенных скоростей, что может олуасчть указанием на наличие кинетической энергии у частиц - продуктов распада не предразрыв-ней сдадим.

7. В измеренном спектре тормос-кых фотонов, сопровождающих

2г'2

деление Cf, обнаружен мичимум при энергии Ev = 60 Коб, что совг'Лдс.ет с положением поедскгганнчм з рамхех уравнений классической электродинамики интерференционного.минимуме.

8. С использованием современных программ проведэн раочгт выходч

»-•-квантов с энергиями до 10 МэЗ» испускаемых из возбужденных

252

оос.ояний осколков спонтанного делгнчя се. Теоретический расчет удовлетворительно описывает измеренный в эксперименте выход мя"кого »--излучения в диапозоне энергий от 2 до 6 Нс-В. Однако при сноргиях Согее 0 Мг>В оксперименталоно измереыые данные прег.члают теоретические предсказания примерно на порядок, что свидетельствует как о значительной

предравчовесной компоненте ?--из лучения при этих энергиях, так и <» влиянии углового момента осколков на в уход нейтронов вблизи анергии связи .

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ i. Sremn !■'. V ., Duor./J Quae hunt', Horuni A. The Bi e«isst.rahlun0 Eoission in Spontaneous Fission oi Heavy Nuclei. Coacow Stats UniV3rsi ty. Institute of fluoleor Physios. Report-92-lH/'J.27,I992 -

2.. EreSiia ll.V., Duor.g ftuop Hung, Horoni A. The Brousstrnhlung Emission in Alpha-Docay of Heavy riuoiei. Moscow State University. Institute or Hucluar Physi cs. Rtpor'c-92-3P/268,1992.

Р.сдпысано к печата 19.05.92г., Яачаз ft 5196. Тирак 100 экз.

О-тпсчэаяно в ИИ!Ш МГУ