Исследование мгновенных и задержанных электромагнитных переходов в ядрах 1281 и 1301 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

российская академия наук петербургский институт ядерной физики им. б. п. константинова

Р Г б О Л На правах рукописи

г h ОКТ

мартынов виктор владимирович

УДК 539. 12. 01

ИССЛЕДОВАНИЕ МГНОВЕННЫХ И ЗАДЕРЖАННЫХ

(JO

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДОВ В ЯДРАХ I и I

(01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

с. -Петербург 1994

- г -

Работа выполнена в Петербургском институте ядерной физики им. Б. П. Константинова Российской АН .

Научный руководитель -

кандидат физико-матенатических наук

старший научный сотрудник

И. А. Кондуров.

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук,

профессор

кандидат физико-матенатических наук, младший научный сотрудник

Е. П. Григорьев

Ф. В. Мороз

Ведущая организация:

Физико-технический институт им! А. Ф. Иоффе, РАН.

Защита диссертации состоится

АО

1994 г. В

час. 2 О мин. на заседании специализированного совета Д-002.71.01 по присуждению ученых степеней в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П.Константинова РАН по адресу: 188350, г. Гатчина, Ленинградская область.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН.

Автореферат разослан

„7--

«окт

Я

1994 г.

Ученый секретарь специализированного кандидат физико-математических наук

совета

И. А. Митропольский

- з-

1. Общая характеристика работы Актуальность проблёиы. Нечетно-нечетные ядра интенсивно изучаются в течение длительного времени. Многие работы выполнены интернациональными коллективами ученых из различных научных центров Европы и Америки. Интерес вызывает, в частности, возможность интерпретации значительной доли экспериментально обнаруженных уровней нечетно-нечетных ядер в области заполненной протонной оболочки Z - 50 (т.е. в области масс А - 100 - 150) как членов протон-нейтронных мультиплвтов, что,в свою очередь^ позволяет определить параметры остаточного взаимодействия.

Взаимодействие нвспаренных протона и нейтрона не является единственным, приводящим к появлению возбужденных состояний ядра. Очень важно правильно идентифицировать и исследовать имьано те ядерные состояния, которые связаны с остаточным взаимодействием, используя для этого различные способы их возбуждения.

В то же время дважды нечетные ядра изучены не достаточно последовательно. В течение ряда лет в ПИЯФ им. Б.П.Константинова РАН ведутся работы по исследованию свойств возбужденны^ состояний нечетно-нечетных ядер в указанной области. За последние годы

опубликованы работы, посвященные *16In,

122 124 134

Sb, Sb и Cs. Настоящая диссертация заполняет некоторый

пробел, т. к. посвящена изучению свойств низколежащих возбужденных

128 130 состояний ядер I и I.

Цель работы состоит в экспериментальном изучении спектров у-

лучей, мгновенных и задержанных г~И-совпадений в реакции (п,у),

спектров протонов из реакции (d,p) и спектров тритонов из реакции

128 130

(d,t), приводящих к возбуждению нижних уровней в и ""I. В

процессе исследований возникла потребность в создании экспериментальной установки для проведения прямых измерений времени жизни уровней в микро- и наносекундном диапазонах и разработке алгоритма и программного обеспечения накопления и обработки экспериментальной информации для случая очень сложных спектров. Конечной

целью исследований является построение полных и достоверных схем

128т 130т

низколежащих уровней ядер I и X.

Яауч./ая новизна. До настоящей работы были известны спины и

128»

четности незначительного числа уровней ядра I. Сведения о нультиплетной структуре были очень ограничены. Полученные экспериментальные данные позволили построить схему возбужденных со-128

стояний I /1/, содержащую 41 уровень, между которыни размещены

96 переходов. Однозначно определены четности всех уровней. Спины

130

однозначно установлены для 32 уровней. В I были известны лишь основное и первое изомерное состояния. Построенная нами схема /2/ включает 43 уровня и 115 переходов. Четности всех и спины 30 уровней определены однозначно. Идентифицированы члены шести нуль-типлетов: ПЧ7/г*й3/2, "Я7/г?Ьц./г. ^5/2^1/2'

пс15/21><33^2 и ^з/2"И/2' Для ядер выполнены расчеты рас-

щепления мультиплетов по энергии под действием остаточного протон-нейтронного взаимодействия, включающего Вигнеровские, син-глеткые и тензорные сипы. Проведен расчет вероятностей Е2-перехо-дов. Для проведения прямых измерений времени жизни уровней в микро- и наносекундном диапазонах создана экспериментальная установка. Предложен оригинальный алгоритм и программное обеспечение накопления и обработки экспериментальной информации, пригодные в случае сложных спектров /3/.

Практическая ценность. Построенные схемы возбужденных состояний 1281 и и данные о свойствах этих состояний могут быть использованы для проверки применимости различных теоретических подходов к описанию структуры ядра. Данные о свойствах г-лучей из реакции радиационного захвата нейтронов могут использоваться при разработке ядерно-физических методов анализа состава вещества.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Экспериментальные данные исследования спектров мягких и жестких г-лучей, мгновенных и задержанных г-г-совпадений из реакций

127 128 129 130

1(П,7) I и Х(п,у) I, спектров протонов и тритонов из

реакций 1271 (<3,р) 128Х, 12Э1(а,р) 1301 и 12Э1 (6,1) 1281."

128 130

2. Построение схем возбужденных состояний I и I, приписание этим состояниям спинов и четностей, интерпретация уровней в рамках протон-нейтронных конфигураций.

3. Расчеты расщепления мультиплетов по энергии и вероятностей Е2-переходов.

4. Установка для измерения в .(п,у) реакции изомерии уровней и г~ лучей, заселяющих и расселяющих эти изомерные уровни. Методика проведения прямых измерений времени жизни уровней в микро- и на-носекундном диапазонах. Алгоритм и программное обеспечение накопления и обработки экспериментальной информации, пригодные для сложных спектров.

Публикации. Окончательные результаты исследований возбужлен-128 129

ных сосостояний ядер I ' и I опубликованы в работах /1/ и

/2/, соответственно. Методические разработки - в /3/ и /4/.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объём диссертации - 131 страница, включая 21 рисунок, 14 таблиц и список литературы из 67 библиографических наименований.

2. Содержание диссертации

Во введении дана постановка задачи, описана структура низко-лежащих возбужденных состояний н ожидаемая в рамках

представлений модели оболочек, кратко обоснована необходимость комплексного подхода к изучейию нечетно-нечетных ядер,

128

В соответствии с представлениями модели оболочек, ядра I

и 130х имеют по три протона сверх заполненной оболочки Z - 50.

128 130

X имет 25 нейтронов, а 1-27 нейтронов в оболочка N - 50 -

127

82. Соседние нечетные ядра I (основное состояние имеет спин и

+ 129 +

четность 5/2 ) и I (основное состояние 7/2 ) имеют протонные

состояния zdg/2 и 1д7/2' соответственно- Таким образом, в обоих

исследуемых ядрах должны проявляться одни и те же конфигурации:

nb/zVBi/v nqi/zvd3/z- nb/zvhn/z- nds/zvd3/z и

?xd5/2i'h11/2. Остаточное взаимодействие приводит к расщеплению

этих шести конфигураций на мультиплеты уровней со спинами и чет-

ностями в интервалах (3+, 4 ), (2+ - 5+), (2~ - 9~), (2+, 3 + ), + + — —

(1 - 4 ) и (3 - 8 ), соответственно.

Для более полного изучения структуры возбужденных уровней

128

были использованы различные ядерные реакции. Состояния I, образующиеся в реакции (п,г) с тепловыми нейтронани, (s-захват. 1 -

- О), имеют спин и четность 2+ и 3+ (соответственно, в 1301 - з+ и 4 ). Преобладание переходов нультипольности Е1 среди первичных

переходов приводит к преимущественному заселению уровней отрица-

12Й 110 тельной четности со спинами от 1 до 4 в I (от 2 до 5 в I).

Таким образом, состояния с более высокими спинами в (п,у)-реакции могут и не возбуждаться. В реакции (й,р) с интенсивностью, пропорциональной 2J + 1 и - спин уровня), должны возбуждаться только 128

те уровни I, в конфигурации которых входит протон в состоянии

130 128

й5/2 ' или ПРОТ.ОН ^7/2 8 кР0Ме того, ядро I получается в

реакции 1271(с1,1), в которой должны возбуждаться уровни с протоном в состоянии <зу/2'

Основные исследования были выполнены в реакции радиационного захвата тепловых нейтронов на реакторе ВВР-М ПИЯФ РАН и высокопоточном реакторе Института Лауэ-Ланжевена (ИЛЛ) в Гренобле (Франция). Методика т.н. среднерезонансного захвата нейтронов была ис-

„ 128,.

пользована для анализа спинов и четностеи уровней I по спектрам первичных г-лучей из реакции (п ,7), измеренным на реакто-

рез.

ре Украинской АН в Киеве. Спектры протонов из реакций 1(с1,р)-

128 129 130 129 128

I и 1(с1,р) I и тритонов из реакции 1(сЗ,Ъ) I, измеренные на ОЗЭ-спектрографе на ускорителе Мюнхенского Технического Университета (МТУ) в Германии, использовались при идентификации мультиплетов.

Исследование нечетно-нечетных ядер - довольно сложная экспериментальная задача, т. к. из-за высокой плотности низколежащих уровней спектры излучений этих ядер чрезвычайно сложны. Число линий в спектрах г-лучей достигает нескольких сотен. Точность определения энергий переходов, получаемая из измерений на спектрометрах с полупроводниковыми детекторами, зачастую недостаточна, что приводит к затруднениям при построении схем уровней и неоднозначности размещения переходов. Эти и им подобные соображения приводят к необходимости использования не только различных ядерных реакций, но и по возможности большего разнообразия экспериментальных методов исследования. Только комплексный подход может дать ощутимые результаты в этой области ядер.

Для решения поставленной задачи такой комплексный подход был реализован при ..„учении электромагнитных излучений в (п, у)-реак-

ции при помощи различных спектрометров: рентгеновских с Si(Li) и Ge(Li) детекторами в области малых (до 100 кэВ) энергий у-лучей, кристалл-дифракционных (ГСК-2, GAMS-1 и GAMS-2/3) и спектрометров с коаксиальными Ge(Li) детекторани в области средних (100 - 1500 кэВ) энергий, парных с HPGe и Ge(Li) детекторами в области больших энергий. На установке с двумя Ge(Li) детекторами измерялись мгновенные совпадения у-квантов, а задержанные - при помощи различных комбинаций Ge(Li) детекторов и Nal(Tl) и пластических сцинтилляторов. Существенную роль сыграли результаты измерений спектров электронов внутренней конверсии, хотя они не включены в ,гдиссертацию. Преимущество такого комплексного подхода в том, что он позволяет вести оперативную перекрестную проверку данных с различных установок, что повышает достоверность всей эксг^римен-тальной информации в целом.

128

Первая глава посвящена исследованию I. спектры у-лучей

измерялись в (п,у)-реакции на реакторе ВВР-Н ПИЯФ на кристалл-дифракционном спектрометре ГСК-2 и на спектрометрах с Si(Li) и Ge(Li) детекторами в энергетическом диапазоне 10-600 кэВ. Результаты измерений сведены в диссертации в таблицу, где кроме энергий и интенсивностей приводятся мультипольности переходов и их размещение в построенной схеме уровней. Матрица у-у-совпадений измерена в энергетическом диапазоне 25-600 кэВ. Результаты ее обработки по модели двумерного гауссиана приведены в таблице, в которой для сравнения даны также интенсивности совпадений, вычисленные из построенной схекы уровней с учетом как ее особенностей (изомерия уровней, ветвление, конверсия у-лучей), так и особенностей экспериментальной установки (разрешающее время схемы совпадений, чув5-ствительности детекторов, количество случайных совпадений),. Для контроля полноты и качества полученных данных приведен рисунок двунерной чувствительности эксперимента. Задержанные у-у-совпаде-ния измерялись в двух временных диапазонах 0-100 не и 0-10 мкс. Для трех уровней, 133, 138 и 167 кэВ,измерены периоды полураспада Т1^2-12(3), 845(20) и 175(15) не, соответственно (последнее значение измерено впервые); еще для 17 уровней даны ограничения на период полураспада около 1 не.

На выведенном через скандиевый фильтр пучке нейтронов реак-

тора ИШ. Украинской ЛН в Киеве измерен спектр первичных /-лучей из реакции (Чрез ,7). Измерения проводились на парном спектрометре с Ge(Li) детектором с разрешением 10 кэВ в энергетическом диа-

127

пазоне 5.5-7 МэВ. При захвате отфильтрованных нейтронов I образуется большое число (больше сотни) резонансных состояний, что

приводит к усреднению флуктуаций интенсивностей первичных г~пере-

128

ходов на низколежащие уровни ядра I. При интерпретации результатов измерений была использована известная методика, основанная на следующих предположениях : 1) происходит захват в s-нейтронов, 2) r-переходы, идущие из захватного состояния, являются дипольны-ми (El или М1), 3) интенсивности этих переходов пропорциональны

3

Е^, , 4) заселенность захватных состояний со спином Jc пропорциональна 2Jc+l, а каналы их распада посредством дипольных переходов - равноправны. Тогда статистические веса каналои распада захватных состояний 128i (j" = 2*3+) подчиняются пропорции:

I/l4) : 1VC¿±) •• I/31) : lr(4f) = 5 : 12 : 12 : 7.

- 'з

Экспериментальные величины обрадуют отдельные совокупности,

соответствующие El- и Ml-переходам (при этом в качестве "опорных" используются уровни с уже известными значениями J11) . Средние по совокупностям значения этих экспериментальных величин для переходов на уровни с разными четностями относятся как:

1у(1+) : 1г(2+,3+) : 1Г(4+) = 2.30(5) : 5.53(13) : 3.22(6), Iy(l") ¡ 1у(2~,з") : Хг(4") = 9.3(3) : 22.3(8) : 13.0(4).

Анализ этих совокупностей дает ограничения на спины и четности

низколежащих уровней, что совместно с другини данными позволяет

однозначно определить эти характеристики.

Спектры заряженных частиц измерялись на тандем-генераторе мт:

127 128

на Q3D-спектрографе. Спектры протонов из реакции I(d,p) I измерялись на угле 0nag -30° при энергии налетающих дейтонов Е^ -22 МэВ. Спектр протонов в диапазоне, соответствующем энергии возбуждения от - 50 до 550 кэВ был измерен с энергетическим разреше-

129 128

нием 3.5 кэВ. Спектры тритонов из реакции I(d,t) I были измерены на том же угле при энергии налетающих дейтонов Е^ - 15 ИэВ с разрешением 2.5 кэВ. Так как измерения в каждом из опытов были проведет! лишь ,.л одном угле и при одной энергии, то четные и не-

четные значения передаваемого нейтроном орбитального углового момента 1п были получены с использованием четностей уровней, определенных в (п, г)-реакции. Предположено, что все нечетные значения величины 1 соответствуют переданному моменту 1 • 5. Кроме того, было принято, что два наиболее интенсивных пика протонов с четными значениями '1 соответствуют передаче нейтроном момента 1п"0, а остальные пики соответствуют 1 - 2. Такое предположение вполне оправдано, т. к. сечение (d,p) реакции с передачей момента 1 - 2 примерно на порядок величины меньше, чем сечение этой реакции с передачей момента 1 - 0. Отметим, что величины переданного момента 1 , равные О, 2 или 5, соответствуют возбуждению низколежа-щих конфигураций, содержащих нейтрон в состоянии s . , d или

19р / ^ ;.¿'

hU/2 В ЯДР0 Г'

По результатам описанных экспериментов построена схема низ-128

колежащих уровней I. При построении схемы за основу взяты результаты экспериментов по ч~у-совпадениям, а размещение переходов подтверждено также ритцевскими комбинациями энергий у-лучей. Схема состоит из 41 уровня, между которыми размещены 96. переходов (86% суммарной наблюдаеной интенсивности). 35 уровней по крайней мере однажды наблюдались также в реакциях (првз-тЬ (d>P) и (d, t). Энергии уровней и их квантовые характеристики представлены в диссертации в таблице, где дана также основная р-п-конфигурация. Спины и четности приписывались уровням на основании следующих соображений: 1) данные по мультипольностям переходов; 2) данные из реакции (пр03 »т); 3) предположение, что переходы неизвестной (точнее, экспериментально неразличимой между М1 и Е2) мультиполь-ности не являются переходами чистого Е2- или более высокого типа мультипольности; 4) экспериментальный факт, что число измеренных

М1 переходов в нечетно-нечетных ядрах 108,110Ag, 116In, 122' 124Sb, 134

Cs по крайней мере на порядок больше числа измеренных El переходов. Это означает, что любой наугад выбранный переход из этих схем уровней окажется переходом типа El с вероятностью 10%. Вероятность того, что какой-либо уровень имеет среди заселяющих и расселяющих его переходов два и больше переходов, изменяющих четность, меньше i'/.. Поэтому уровню приписывалась определенная четность в том случае, когда он связан с другими уровнями одинаковой

четности двумя и более переходами, если их мультипольности экспериментально не установлены; 5) данные из реакции однонуклонной передачи, интерпретируемые в предположении, что интенсивности пиков в мультиплетах приблизительно пропорциональны величине 2J+1 (J - спин уровня мультиплета). Видно, что приписание спинов-чет-

ностей уровням частично основано на эмпирических правилах и аргу-

128

ментации модели оболочек. Схема уровней I представляет собой две системы противоположной четности, связанные четырьмя El переходами.

Среди низколожащих уровней следует ожидать появления

шести мультиплетов, основанных на протонных состояниях d5/2 и д7/2 и нейтронных состояниях s1/2. d3/2 и hn/2' Схема возбужденных состояний 128i построена, преимущественно, по результатам, полученным при исследовании (п, у)-реакции. Идентификация уровней этой схемы как членов того или иного мультиплета основана на сравнении уровней из (п,г) реакции с уровнями, полученными в реакци-

127 128 129 128

ях передачи одного нуклона I(d,p) I и I(d,t) I. т.к.

127 +

спин и четность I - ядра-мишени для реакции (d,p) - есть 5/2

129

(протонное состояние dg/g'1 а спин и четность I - ядра-мишени

для реакции (d,t) - есть 7/2+ (протонное состояние 97/2'- ПР°"

демонстрировано, что большинство членов этих мультиплетов возбуж-

128

даются и в (п, у)-реакции. Почти все уровни ядра X до энергии 450 кэВ, полученные в (n,1)-реакции, интерпретированы как члены мультиплетов nd5/2vs1/2, uà5/zvd3/z. ™37/2"s1/2.

Trg7/2l'd3/2 и Tîg7/2l'hll/2' хотя большинство состояний частично фрагменгированы.

130

Вторая глава посвящена исследованию I и построена анало-

130

гично первой. Несмотря на большое сечение образования ядра I 129

(27 б.) в реакции I(n,r), о схеме его возбужденных уровней было известно очень мало. Причина, по-видимому, в том. что ядро-ми-

129 7

шень I - радиоактивно (Т. . - 1.57-10 лет) и получается как

130

продукт деления урана. В ядре I были известны только основное состояние, 5+, " 12.36 ч. и первое возбужденное состояние -

изомер с энергией 48. 2 кэВ и периодом полураспада Tjy2" S' 2 иин' ' причем энергия этого изомера была определена неверно. Из представлений модели оболочек следует ожидать, что низколежащие воз-

бужденные состояния нечетно-нечетного ядра 1301 имеют конфигурации ng7/2vs1/2> "g7/2"d3/2, ng7/2i/h11/2. nds/¡¡VBl/2. »<35/г^3/г и n<^S/2"'1l 1/2' определяемые состояниями нечетных протона и нейтрона. Эти конфигурации дают мультиплеты уровней со спинами от 1 до 5 для уровней положительной четности и от 2 до 9 для уровней отрицательной четности.

Экспериментальная информация получена из спектров r-лучей и

129 130

конверсионных электронов, измеренных в реакции I(n,y)I . и

129 130

из спектров протонов, измеренных в реакции I(d,p) I. Измерения проводились на высокопоточнон реакторе ИЛЛ (кристалл-дифракционные спектрометры GANS-1 и GAMS-2/3, (3-спектрометр BILL и парный спектрометр с HPGe-детектором). на реакторе ВВР-М ПИЯФ РАН (спектрометры мгновенных и задержанных г-у-совпадений, магнитный

/3-спектрометр БЕТСИ. Ge(Li) и Si(Li) детекторы) и на ускорителе

129

МТУ (ОЗП-спектрограф). Мишень была изготовлена из К X (гообога-129

щением 90% по X).

130

Схема низколежащих возбужденных состояний ядра I построена по результатам экспериментов. Принципы построения схемы ана-

128

логичны уже описанным для ядра I. Схема содержит 43 уровня, между которыми размещены 115 переходов (83% суммарной интенсивности 7-лучей). В схему не включены: 1) переходы, энергии которых измерены с погрешностью ДЕ > 70 эВ; 2) переходы, энергии которых отличаются от разности энергий уровней, между которыми соответствующий переход может быть размещен, больше, чем на 100 эВ; 3) переходы, энергии которых отличаются от разности энергий уровней больше, чем на 2. 5 стандартных отклонения.

Однозначные величины спинов и четностей состояний 130i были

_ +

известны для основного состояния, 5 и для первого изомерного состояния 39. 9 кэВ, 2+. Спины-четности всех остальных уровней определены впервые. Их приписание выполнено аналогично тому, как это 128

было сделано для I, но т. к. первичные переходы измерялись в реакции с тепловыми, а не резонансными нейтронами, данные по прямым переходам интерпретировались в предположение, что они имеют нультипольности El или Ml. Т.о. приписание спинов и четностей

уровням »сновано частично на эмпирических правилах, систематике

и ар 128,

130

и аргументации модели оболочек. Схема уровней I (как и схема

X) состоит из подсистем положительной и отрицательной четности, между собой практически не связанных.

Показано, что большинство членов мультиплетов n9j/2vsi/z'

nb/ZVd3/Z- nb/ZV\l/r náS/ZVSl/2- ná5/ZVá3/Z И ná5/ZVhll/Z' действительно возбуждается в (n, г) реакции. Напомним, что величины передаваемого углового орбитального момента 1п в (d,р) реакции, изученной только при одном угле и одной энергии налетающих дейтонов, были определены путем сравнения (d, р)-уровней с (п,г)" уровнями. Отметим также, что несмотря на хорошее разрешение в (d, р)-реакции (3.5 кэВ), имеются трудности в сравнении (d, р)- и (п, г)-уровней (особенно в области энергий 40 - 45 кэВ).

В третьей главе приводятся результаты расчетов энергетиче-

128т 130,

ского расщепления мультиплетов в I и I, параметров остаточного взаимодействия и вероятностей Е2-переходов, выполненных в соответствии с теоретическими представлениями из работы /Sliv L.A. and Kharitonov Yu.I. Residual interection in atomic nuclei. // Spectroscopic and group theoretical methods in physics. - 1968. -Amsterdam.- North-Holland. - P. 275-289./. При расчетах остаточное протон-нейтронное взаимодействие бралось в виде:

V12 " (V¿ + Ve + V2S12)-eXP(-r2/ro2) '

где 77s - 1/4 [1-(<?п' <?р) ] - оператор синглетного проектирования, перенормируемый параметр Вигнеровских сил (т.е. VQ, для

конфигураций частица-частица или дырка-дырка, - (v0+ l/ZVj)

для дырочно-частичных конфигураций), Vj- параметр синглетных сил, V2" параметр тензорных сил, г - расстояние между квазичастицами, rQ - радиус остаточного взаимодействия и, наконец,

s12 - (?.?n).(?.?p)V2 - l/3(¡?n-?p) .

Следует отметить, что S12 - единственная скалярная величина, которая может быть построена из комбинаций векторов г - г - г , ап и с , удовлетворяющих условиям инвариантности оператора V12 относительно смещений, вращений и инверсий соответствующих координатных систем. Вычисления матричных элементов выполнялись для

состояний с моментом J в предположении связи. В качестве ба-

зисных волновых функций были взяты функции сферически симметричного осциллятора. Качество подгонки по МНК вычисленных энергий уровней к их экспериментальным значениям оценивалось по величине

среднеквадратичного отклонения ДЕ.

128

Для мультиплетов X величина ДЕ составляет 32 кэВ. Силовые параметры, полученные при подгонке, составляют: параметр Вигне-ровских сил для конфигурации пЧ7/г1"*з/2 Уо " " 18' 0 МэВ' для кон~ фигурации пЯ7/г^11у2 ' ~ 1,3 МэВ| дпя конфигурации лй5/гий3/2 У^ - - 8.2 МэВ и для конфигурации /2и1111/2 " 23' 1 МэВ; па~ ранетр синглетных сил У1 - 13. 4 МэВ и параметр тензорных сил V -

-6.3 МэВ для всех конфигураций.

130

Для мультиплетов I величина ДЕ составляет 46 кэВ, а силовые параметры составляют: параметр Вигнеровских сил для конфигурации Л137/2У<1з/2 ^о " ~ 17 7 МэВ' для К0НФигурации "1-^/2^11/2 7 о - - 1. 5 МэВ и для конфигурации тг^5/21''111/2 ^о " 3 3 НэВ • паРаметр синглетных сил - 7.6 МэВ и параметр тензорных сил V,, - - 1.6 МэВ для всех конфигураций.

Параметр синглетных сил оказался близким к величине 14 ±

6 МэВ, а параметр тензорных сил также показывает разумное согласие со значением V - - 4 М'эВ. полученным для БЬ124 в /5/.

128 130

В рассматриваемых ядрах I и I и в уже исследованных

124 134

нечетно-нечетных ядрах ЭЬ /5/ и Сб обнаружено 9 переходов мультипольности типа Е2, причем, 7 из них - ускорены. Расчеты вероятностей этих переходов пров^ 1ились с теми же волновыми функциями, что и при расчетах расщепления мультиплетов по энергии." Эти вероятности оказались в среднем в два раза меньше оценок по Вайс-копфу. Времена жизни уровней, с которых идут ускоренные Е2 переходы, не могут быть воспроизведены в рамках представлений двух-квазичастичных мультиплетов. Факт, что большинство обнаруженных Е2 переходов - ускорены и величины В(Е2) примерно равны величинам В(Е2:2*->0*) в соседних четно-четных ядрах, показывает, что коллективная мода возбуждения в нечетно- нечетных сферических ядрах в области масс А = 130 столь же значительна, как и в четно-четных сферических ядрах. Па рис. 1 для иллюстрации приведены величины

В(Е2) в зависимости от произведения N N , где Н и N числа вар п р п

лентных протонов и нейтронов в оболочке 2, А - 50 —> 82.

В четвертой главе подробно описана методика измерения задержанных совпадений, дан вывод основных формул, использованных в [Разработанном оригинальном математическом обеспечении экспериментальных исследований.

В настоящих исследованиях в одном канале спектрометра задержанных совпадений для получения наилучшего энергетического и временного разрешения использовался планарный Се(Ь1) детектор, несмотря на его низкую эффективность регистрации у-излучения. Время запаздывания измерялось относительно событий, регистрировавшихся в другом канале установки сцинтилляционным детектором с фотоумножителем. В диссертации подробно описана методика настройки обоих каналов и специальные меры, принятые для улучшения временного разрешения. В канале Се(Ы) детектора на зарядовочувствительном предусилителе были получены импульсы напряжения с временем нарастания Тфр « 30 не без значительного ухудшения энергетического разрешения. Кроме того, проводился отбор импульсов по длительности фронта. Наилучшие результаты были получены при отбрасывании примерно половины импульсов с фронтами наибольшей длительности.

Достигнутое временное разрешение составило при этом 2.3 не на ли-

22

нии 511 кэВ Иа.

При проведении измерений в ЭВМ поступали пары чисел пропорциональные энергии г-кванта и времени его запаздывания относительно первичного излучения, регистрируемого сцинтилляционным детектором. Эти. пары записывались последовательно на магнитную ленту или на магнитный диск в виде (Е,Т)-матрицы. Счет в клеточке с координатами (Е^,Т^) этой матрицы можно представить в виде:

г Э1 Н(Е.,Т.) - У -^- ехр

1 3 • 1-1 -|2тГсг,

<ЕГЕ1>

2

01(Т,- Т0(Е.)) +

+ Г(Е1) С(ТГ То(Е.)). (1)

Здесь лервое слагаемое описывает суммарный вклад от Ь пиков полного поглощения (имеющих гауссовскую форму) с амплитудами Б., по-

1/2

луширинами = 2(21п2) и положениями Е^. Каждый из этих

пиков имеет свое временное распределение являющееся сверткой

функции отклика экспериментальной установки на мгновенное излучение p(TQ-t) с кривой распада f(t):

к

DjiX.T^ = J- f(t)-P(T0 - t)dt -о

^d Г

= X Nk' 'J P(To " t) ■ (exp(-Xd(x-t)) - exp(-Xk(x-t)) jdt,

где Н^ - интенсивности переходов, идущих с уровней с постоянными распада Х^ на уровень с постоянной распада Х^.

Определим теперь моменты п-го порядка для мгновенного и задержанного распределений как величины, соответственно:

МП(Р)

г п

J t -P(t) dt о

г n

Mn(D) = C-J t -D(t) dt

Для первых моментов т а 1/х - М1(0)/Н()(0) Погрешность этой величины запишется в виде:

М1(Р)/И0(Р)

(Лг) =

M2(D)

M*(D)

M0<D'

И2<Р> M^(P)

М^(Р)

Начало отсчета времени t тогда х - M1(D)/Mq(D).

Для высших моментов

О можно выбрать так, чтобы

М1(Р) = О,

1 п!

VD>

M0(D)

Л

п

к=1

1 -

Mn(P)-H0(D) Mn(D)M0(P)

Если функция отклика экспериментальной установки на мгновенное излучение Р(Ъ) есть 5-функция (т.е. полуширина кривой мгновенного распределения значительно меньше диапазона измерения время-амплитудного конвертора), то

М „(О)

n!- Mq(D)

Традиционно используемая процедура требует очень больших затрат машинного времени на декомпозицию } энергетических спектров, а применимость метода цифровых окон ограничена, т.к. в сложных спектрах пики часто перекрываются и отсутствуют участки, по коте-

рын можно определить фон.

Предлагается пойти по другому пути: рассматривать не энергетические спектры каждого временного столбца матрицы (Е,Т),' а временные профили каждой энергетической строки, т.е. сжимать информацию сначала по времени, а уже поток по энергии.

Для этого определим спектр п-го момента (для конкретности п - 0,1,2, хотя возможно любое целое число) следующим образом:

Мп(Ек> ■ £ «1к(Е,Т)ТП. (2)

Для п - О это - обычный спектр проекции (Е. Т)-матрицы на ось Е. Применяя модель (1)7можно переписать спектр Мп(Е) в виде:

V 1 (Е1" Е1» 1 V П

мп(Е1> - I -=- е*Р---Г-Г1- I т!Кс1<тГ то<Е1>>

1-х 2о1 ) 1

г г НП(Е1> \

^ 1=1 -12тг <Г1 I I

(Е±-Е1)2

+ Ф(Е1) . (3)

Здесь сумма описывает вклад в МП(Е|) от Ь. линий с амплитудами Мп(1), а второе слагаемое - плавный фон в спектре п-го момента.

Искомое положение центра тяжести (по оси времени) 1-го пика равно К = М^/Мд (индекс "1" опущен), а его погрешность с учетом корреляции счетов в одноименных каналах спектров нулевого и первого моментов запишется (также без индекса "1") в виде:

РМ, 0М„-М? М,

(ЛИ)

""1 и"о"1 "1 ( \

-Т- + °4 - 2"ТГ5- соу(М1'нО) • о ио "о

Оценки величин М^ и М^, их дисперсий (0Мг к ОМд, соответственно) . и ковариационных матриц получаются в процедуре одновременной декомпозиции спектров Мф(Е^), и М2(Е^). При этом положения соответствующих пиков в этих спектрах и их соответствующие полуширины (И^) можно считать одинаковыми, что справедливо для полупроводниковых детекторов с полным сбором заряда (отсутствие левого "хвоста" у пиков в спектре). Дисперсии счетов в Е ^-каналах спектров нулевого и первого моментов и корреляции между ними связаны соотношениями:

+

ОМ1(Е.) = М2(Е.), сМ0(Е1) = ОМ0(Е1),

СОУ( И1(Е1),М0(Е.) | = И1(Е1).

Поскольку счеты в каналах спектров различных моментов не являются независимыми, то обычная процедура декомпозиции спектров по МНК здесь не применима. Параметры модели Мп(Е^) и их погрешности определялись из условия минимума функционала О:

^ 1

0 - I м „ м2 •( <м<Гйо>Ч + <мГйг>Ч " а(и0-м0)(м1-н1)м1 ).

О' 2 1

Здесь при обозначении моментов опущен значок "д." - индекс номера

канала, по которому ведется суммирование от начального канала

участка к, до конечного канала к., М ^ м (е.) описывается выра-* 1 ^ 2 п п 1

жением (3), а Мп - экспериментальное значение счета в Е^- канале спектра п-го момента (2).

Влияние случайных совпадений в реальных экспериментах учитывается введением в тракт полупроводникового детектора импульсов от генератора стабильной амплитуды. Измеряя одиночный спектр, на-ходин отношение площади каждого пика этого спектра к площади пика генератора К^ = Б^/^Чген) . Поскольку любой момент сложного распределения есть величина аддитивная, то истинное значение момента можно выразить через измеренное:

М (ист) - М измер) - КМ (ген) п п п

Для центроида тогда получим:

R(ист)

М^измер) - К-Н^ген)

М0(измер) - К-Mq( ген)

Зависимость положения центроида от энергии излучения хорошо передается прямой в дваждылогарифмических координатах:

A ln(tQ) = - B-ln(E) + const. (4)

Истинное положение нуля времени определялось в отдельном эксперименте сначала только для сильных линий спектра исследуемо-

го изотопа. Кроме исследуемого изотопа мишень содержала другой изотоп (или элемент), у которого имеются т-переходы, идущие с уровней с известными с достаточно высокой точностью временами жизни. Результаты этого эксперимента служили реперами для интерполяции "нуля" времени в соответствии с зависимостью (4) при обработке данных из эксперимента с мишенью, содержащей только исследуемый изотоп. В качестве реперного элемента использовались естественный индий и естественное железо.

Описанный алгоритм реализован в пограмме "МАЯК", с помощью

123 124

которой были обработаны данные из реакции 8Ь(п,г) БЬ. Тот же экспериментальный материал был обработан традиционным методом -декомпозицией 128 энергетических спектров на пики и фон и определением центров тяжести соответствующих временных распределений.

Были получены точно такие же результаты с теми же значениями по-

127 128

грешностей. При исследовании реакции 1(п,г) I показано, что несмотря на наличие у пиков полного поглощения "хвостов" (хотя и незначительных по площади) со стороны низких энергий, связанных с неполным сбором заряда в Се(Ь1) детекторе и состоящих из запаздывающих и/или затянутых по времени импульсов, разработанная метод

дика может быть использована до статистики по крайней мере 10 импульсов в площади пика полного поглощения в спектре М0 или примерно до 10 пс по шкале погрешности пп^еделения центроида (см. рис..2). В дополнение в диссертации рассмотрены возможности использования моментов более высокого порядка.

Экспериментальная установка, методика и программное обеспечение,' описанные выше, использовались для измерения времен жизни

128

уровней, возбуждающихся в реакции (п,т), при изучении как I и 1301. так и 124ЗЬ /5/, 104КЬ и 116Ш /6/. 110Ад /7/, 168Ег /8/, и 108Ад и 122зь /9/.

В заключении сформулированы основные результаты исследований. 127 129

1. В реакции (п,г) на I и 1с помощью различных спект-

, 128„ 130,

рометров определены энергии и интенсивности зг-лучей I и I. Измерены интенсивности мгновенных и задержанных г-?-совпадений. Определены времена жизни некоторых уровней. Измерены спектры частиц из реакций 1271(<3,р)1281, 1291(<а,И) 1281 и 1291(с1,р) 1301.

2. Полученные экспериментальные данные использованы при по-

128 130

строении схем уровней I и I. Однозначно определены четности всех уровней в обоих ядрах. Для большинства уровней однозначно установлены спины. Построенные схемы находится в хорошем согласии с данными указанных реакций.

3. На основе данных ядерных реакций и в соответствии с обо-лочечной моделью возбужденные состояния обоих ядер идентифицированы как члены мультиплетов : иЧ1 /2У5\/2.' пд7/21'с13/2' пд7/21'1111/2' пЛ3/гиа1/г' ^5/2^3/2 и ^5/2^11/2- В ^ К нультиплета* отнесен 21 уровень, а в 130х - 20.

4. Для обоих ядер выполнены расчеты расщепления мультиплетов по энергии под действием остаточного протон-нейтронного взаимодействия, получены значения параметров этого взаимодействия. Выполнен расчет вероятностей Е2-переходов.

5. Для проведения прямых измерений времени жизни уровней в микро- и наносекундном диапазонах создана экспериментальная установка. Предложен оригинальный алгоритм и программное обеспечение накопления и обработки экспериментальной информации.

6. Для ряда ядер получены новые экспериментальные данные по временам жизни низколсжащих возбужденных состояний.

Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации,

докладывались на всесоюзных и ••'гждународных конференциях.

1. Всесоюзное совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра: 1980 г. в Ленинграде, 1981 г. в Самарканде, 1985 г. в Ленинграде, 1986 г. в Харькове, 1987 г. в Риге и 1989 г. в Ташкенте.

2. VI Всесоюзная конференция по нейтронной физике в Киеве в 1983 г.

3. Всесоюзное рабочее совещание по точным измерениям в ядерной спектроскопии в Паланге в 1984 г.

4. Международная конференция по спектроскопии у-лучей в Лувене (Бельгия) в 1987 г.

иэ

с«

о>

с^Г ш

0,15

I I

о четно-четные ядра • нечетко-нечетные яЭра

128 1 ,

10 0,10 0,05

II

/0А

•132

I .1301

0

10

20

30

МрМа

Рис. 1. Систематика величин В(Е2:2*—»0*) для четно-четных ядер и В(Е2) для нечетко-нечетных ядер в области насс А - 130 в шкале произведения чисел валентных протонов и нейтронов N N .

10

,271(п,у)1г'г

(511 КэЗ) - 2.3 НС

10 10 10 ПЛОЩАДЬ «ОТОПИКА. ЧИСЛО СЧЕТОВ

Рис. 2. Зависимость статистической точности <г определения положения центра тяжести линии из реакции 1271 (п, у) ,2в1 от площади этой линии.

литература

1. Sakharov S.L. , . . .Martynov V.V. , et al, Low-lying 128I excited states from the (n,jr) reaction. // Nucl. Phys. - 1991. - V. A528.- P. 317-347.

2. Sakharov S.L. ,...Martynov V.V., et al. Low-lying 130I excited states from the (n,r) reaction. // Nucl. Phys. - 1989. - V. A494. - P. 36-74.

3. Кабина Л. П. , Логинов Ю. Е. , Мартынов В. В. и Федорова Э.И. Новые возможности использования метода моментов при измерении времен жизни ядерных уровней. // Точные измерения в ядерной спектроскопии.- Вильнюс. : Мокслас. - 1984. - С. 105-109.

4. Kabina L.P. and Martynov V.V. Modification of the conventional centroid shift method for very complex spectra. // Proc. of the 6-th conf. on gamma-ray spectroscopy. - Leuven, Belgium. -1987. - P. 593-595.

5. Alexeev V.L., ...Martynov V.V., et al, The level structure of I24Sb and residual p-n interactions. // Nucl. Phys. - 1980.-V. A345.- P. 93-133.

6. Кондуров И. A. , Логинов Ю. E. и Мартынов В. В. Времена жизни возбужденных состояний 104Rh и 1161п. // Ядерн. спектр, и структ. атомн. ядра. Сб. Тез. докл. XXXVI Совещ. - 1986. - Л. : Наука. - С. 82-83.

7. Kondurov I.A., Loginov Yu.E., Martynov V.V. and Sushkov P.A. Half-life investigations in 103Rh(n,r) and 109Ag(n,r) reactions. // Proc. of the 6-th conf. on gamma-ray spectroscopy . -Leuven, Belgium. - 1987. - P. 541-543.

8. Petkov p., Andrejtscheff W., Protochristov Ch., Hamilton W.D., Hoyler F. and Martynov V.V. Absolute E0, El and E2 transition rates in -even-even nuclei obtained in thermal neutron capture. // Proc. of the 6-th conf. on gamma-ray spectroscopy. - Leuven Belgium. - 1987. - P. 97-102.

9. Кондуров И. A. , Логинов Ю. E. , Мартынов В. В. и Сушков П. А. Изме-

108 122

рения возбужденных состояний Ад и Sb и (п,т) реак-

ции. // Ядерн. спектр, и структ. атомн. ядра. Сб. Тез. докл. XXXIX Совещ. - 1989. - Л. : Наука. С. - 77.

РГИ ПИЯФ,зак.439,тир. 100,уч.-иод.л. I; ¿й/1Х-19У-1г. Ьесплптно