Исследование свойств возбужденных состояний ядер 75, 77, 79, 81/Br тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СТАТИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЦЕРНЫХ РЕАКЦИЙ И ЕЁ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯ СЕЧЕНИЙ РЕАКЦИЙ РАДИАЦИОННОГО ЗАХВАТА ПРОТОНОВ

1.1. Основные положения статистической модели. Средние сечения реакций. II

1.2. Сечения реакций радиационного захвата протонов.

1.3. Применение статистической модели для анализа угловых корреляций.

1.4. Возможность использования статистической модели при исследовании свойств возбуждённых состояний ядер 75,77,79,81 с помощью реакций 74,76,78,80 зе

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Ускоритель, камеры, мишени.

2.2. Однокристальные гамма-спектрометры.,.

2.3. Спектрометр у - у-совпадений.

2.4. Измерение спектров жёстких ^-квантов.

2.5. Обработка и анализ экспериментальных данных..

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ ВОЗБУЖДЁННЫХ СОСТОЯНИЙ ДЦЕР 75,77,79,81 с ПОМОЩЬЮ (р ,у)-РЕАКЦИЙ

3.1. Уровни 75 Вг

3.2. Уровни 77Вг

3.3. Уровни 796г

3.4. Уровни 81Вг пс пп 70 от

3.5. Сечения возбуждения уровней "эг в реакциях 74,76,78,803е ^ ^.

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ ВОЗБУЖДЁННЫХ СОСТОЯНИЙ НЕЧЁТНЫХ ИЗОТОПОВ Вг

4.1. Интерпретация свойств возбуждённых ядер с помощью моделей, характеризующихся единым подходом при описании структуры как сферических так и деформированных ядер.

4.2. Описание структуры атомных ядер с нечётным массовым числом в рамках динамического коллективного подхода.

4.3. Структура возбуждённых состояний В г

77 г>

4.4. Структура возбуждённых состояний Вг

7д от

4.5. Структура возбуждённых состояний '*»ОАВг*.

4.6. Исчезновение квазиротационных полос в

79»81Вг

В настоящее время исследование свойств основных и всё более и более высоковозбужденных состояний является одаим из основных направлений в изучении структуры ядра [ X]. Актуальность этих исследований в первую очередь связана с необходимостью накопления и систематизации экспериментальных данных о строении ядра. На основе этих данных создается физическая картина, используемая при построении ядерных моделей. В то же время от надежности и полноты данных эксперимента зависит возможность всесторонней проверки выводов различных моделей.

Важное значение для развития теории ядра представляет определение вероятностей электромагнитных переходов, поскольку они исключительно чувствительны к природе состояний, между которыми происходит переход; довольно часто ядерные модели, удовлетворительно описывая энергетический спектр, не могут описать вероятностей У -переходов. К началу наших исследований структуры ^5,77,79,81 5 г для них практически отсуствовала информация о времени жизни уровней и коэффициентах смешивания мультиполей. Всего лишь для нескольких низколежащих уровней .

ПС Г1Г1 г;о от ' ' Вг имелись данные об энергиях, спинах и четнос-тях, к тому же не лишенные противоречий. Так для состояния 397 кэВ ) в работах [2-4] спин был установлен 3/2, в

5,6] - 1/2.

К числу основных характеристик ядра относится его форма.

Однако из всех нечётных изотопов брома только для основных 79 81 о. состояний 1 оГ определена деформация. В настоящее время разбиение ядер на сферические или деформированные становится все более расплывчатым, поскольку даже в классических сферических ядрах были обнаружены квазиротационные полосы состояний [7]. В последние годы широкое признание получила высказанная в работе [8] идея :о сосуществовании различных деформаций, то есть изменение формы ядра происходит с ростом энергии возбуждения или с изменением числа нуклонов. В ядрах - 2р -оболочки также были обнаружены возбужденные состояния с различной деформацией, в частности в четно-четных изотопах 5е и Иг [7, 9]. Сосуществование различных форм возможно и в нечетных изотопах Вг . Действительно, в рамках модели возбужденного остова было получено хорошее описание некоторых низколежащих уровней ^,81 , как членов вибрационного мультиплета [10]; наряду с этим в последние годы были экспериментально выделены квазиротационные полосы в [11,12] .

Наличие несферической формы у ядер из области масс

70 < А < 90 (с числом протонов 7 > 28 и нейтронов N < 50) является хорошо установленным фактом [7,9,11-14] . В некоторых работах было также показано наличие максимума деформации у ядер с А ~ 78 [ 14-16 ] . Изменение деформации с изменением /V анализировалось также в нечетных изотопах Вг . Так в работе

17] на основании анализа зависимости положения уровней со спином 9/2+ от числа нейтронов максимум, деформации был опреде-77 лен у В г . Хотя подобные корреляции в зависимости положения состояния и 9/2* от /V отмечались для ядер в области вп-ТС и РЬ-Нд , однако экспериментальными значениями электрических квадрупольных моментов это не подтверждено. Вызывает сомнение и максимум деформации у [12] , поскольку он был установлен на основании сравнения параметра квадруполь-ной деформации, определенного из времени жизни состояния 9/2+

- б и дня соседних четно-четных ядер 5е и Кг . Расчеты параметров квадрупольной деформации для изотопов 5е и Кг , выполненные в работах [16] и [18] по моделям динамической деформации и квазичастично-фононной, показали наличие максимума деформации при N = 42. Подобные расчеты для нечетных изотопов В г не проводились.

Одним из актуальных направлений в изучении структуры ядер продолжает оставаться исследование свойств возбужденных состояний с большими угловыми моментами [19] . Так в результате анализа зависимости момента инерции ( ^ ) от квадата частоты вращения (си ) в четно-четных изотопах Кг и Бе были обнаружены бакбендинги ^ при больших спинах и аномалии ^ для 3 = 2^ 4 4., наиболее заметные у ядер с А = 72 * 78 [9].

7 с; 77 79

Подобная аномалия возможна также в ' ' ог , для которых четно-четные ядра Бе или Кг можно рассматривать в качестве остова, однако для её обнаружения имевшейся спектроскопической информации было недостаточно.

Изотопы 75,77,79,81 зг как ж соседние с ними ядра с нечетным массовым числом имеют относительно высокую плотность низколежащих уровней. Исследование их свойств с помощью р -распада [5] , кулоновского возбуждения [20] , реакции срыва

21] , неупругого рассеяния нейтронов [22] показало, что природа их различна. Использование реакции радиационного захвата протонов, в отличие от указанных выше, давало возможность изучать низкоэнергетичные состояния как одночастичной так и коллективной природы.

Изучение взаимодействия протонов низких энергий с ядрами среднего атомного веса показало, что реакции идут с образованием составного ядра [23,24] . Усреднение сечений по состояниям компаунд ядра позволяет описывать (р / )-реакцию по статистической модели [ 25-31 ] . Отклонения от модели наблюдаются лишь для ядер вблизи заполненных оболочек [32,33] .

Цель диссертационной работы (в связи с перечисленными фактами) состояла в исследовании свойств возбужденных состояний

7^5 77 79 8Т ядер 35 В г , збВг42 , 35ВГ44 , збВг46 ; в определении с помощью реакций ^»^»^»^Бе (р, у ) четностей, спинов, энергии уровней, коэффициентов ветвления, коэффициентов смешивания мультиполей, в установлении экспериментальных значений сечений пс туп гчо ОТ возбуждения низколежащих уровней ядер "»'®»ОАВг 9 в интерпретации экспериментальных данных в рамках моделей дяя ядер с нечетным массовым числом. «Идя достижения цели в работе необходимо было выполнить следующие задачи: усовершенствовать методику исследования свойств возбужденных ядер среднего атомного веса с помощью реакции радиационного захвата протонов; создать программы для обработки и анализа экспериментальных данных; в реакциях Бе(р, у в интервале энергий протонов 1-3 МэВ провести измерение, обработку и анализ спектров мягких, жестких -квантов, спектров ^-у4 -совпадений, угловых распределений и тройных угловых корреляций; провести расчёты структуры нечетных изотопов В Г в рамках обобщенной коллективной модели.

Исследование структуры ядер 75,77,79,81 имеет также практический интерес. Сечения, измеренные в реакциях

74- 7К 7Я ЯП п ' ' оеСр,^) при энергиях протонов 1-3 МэВ могут быть использованы дяя изучения радиационной стойкости материалов (в космическом материаловедении) и для определения концентрации В г в различных веществах. Данные по структуре ^Вг представляют интерес для астрофизики, поскольку это ядро является подходящей мишенью для захвата солнечного нейтрино.

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, приложения. Первая глава посвящена описанию статистической модели ядерных реакций и её использованию для исследования свойств возбужденных состояний ядер. В 1.1 изложены основные положения статистической модели, дана характеристика различных подходов, в рамках которых в настоящее время вычисляются средние сечения. В 1.2 для реакции радиационного захвата протонов выражение дщя дифференциального сечения представлено с учетом возможности распада компаунд состояний на низ-колежащие уровни произвольным числом ^ -переходов в каскаде. Применение статистической модели для анализа тройных угловых корреляций рассматривается в 1.3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Определим основные результаты диссертационной работы.

1. Разработана методика, предназначенная для исследования свойств возбужденных состояний ядер с помощью реакции радиационного захвата протонов. а) Усовершенствована методика измерения тройных угловых корреляций в (р ^ )-реакции. б) Разработана методика определения характеристик (разрешения, эффективности, коэффициентов ослабления) у -спектрометров на базе Ge ( Ll )-детекторов. в) Созданы програшы для обработки результатов измерений и для анализа тройных угловых корреляций.

2. Получены новые экспериментальные данные о свойствах возбужденных состояний изотопов ^5,77,79,81^^ а) Исследование спектров у-у -совпадений, спектров жестких и мягких у -квантов из реакций Se (р, у ) 75-81^г ^ измеренных при энергиях протонов 1*3 МэВ, позволило установить в схеме уровней 77 вг 23 новых состояния, в 796г - 19, в 81Ы - 25. б) Б результате анализа угловых распределений и тройных угловых корреляций в реакциях 74,76,78,80 (р, у ) впервые был установлен равным 3/2 спин уровней 295 кэВ (75 Вг ), 226 и 471 кэВ (77ьг ), 397 и 953 кэВ (79Вг ), 649, 828 и 1104 кэВ (81Ьг ). Для состоянии 352 (75Br ), 1024 (77&Г ) и 789 кэВ (81Бг ) спин определён равншл 5/2 ; для 306 и 559 кэВ (79Вг)-- 1/2. Для уровней 520 (77вг ) и 1023 кэВ (81Вг ) спины ограничены значениями 3/2 - 7/2. Анализ сечения возбуждения уровня

425 кэВ í77Br ) позволил определить для него четность отрицательной. в) Для $ -квантов с энергией 132 кэВ С75Вг ) 146,162, 224, 336, 425 кэВ (77Вг ), 381, 397, 606, 831 кэВ (79ВГ ), 276 , 290 , 552 , 560 , 566 , 649 , 767 , 828 кэВ (81Вг ) определены коэффициенты смешивания мультиполей С б' ) и знаки 8» . г) Определены коэффициенты смешивания мультиполей для квантов 364, 448, 1325, 1410, 1546 кэВ в 63 Си .

74- 76 78 ЯП г д) В реакциях ÍO»(р, у ) в интервале энергий протонов 1-3 МэВ впервые измерены сечения возбуждения низко-лежащих состояний ядер 75»77,79,8l£r # Доказано, что статистическая модель ядерных реакций хорошо описывает эти сечения. Установлено измерение средней каскадности f -переходов в зависимости от заряда ядра. В изотопах Вг средняя каскадность

-переходов составила 3,5.

3. В рамках существующих теоретических подходов к описанию структуры ядер с нечетным массовым числом дана интерпретация

17 с пп па от экспериментальных данных для ядер * »В г . а) Выполнены расчёты структуры ядер 75,77,79,81 t а так„ же 73,83,85 в динамическом коллективном подходе. б) Показано, что указанный подход по сравнению с другими моделями лучше описывает свойства возбужденных состояний нечетных изотопов брома. в) Установлено, что среди ядер 75,77,79,8I,83,85^r наи большую деформацию в основном состоянии имеет 776г ; в 75»77gp существуют полосы состояний с различной деформацией ; в 79 обнаружено и экспериментально подтверждено исчезновение квазиротационных полос состояний отрицательной четности.

В заключение выражаю глубокую благодарность моему научному руководителю,профессору В.Е.Сторижко, сотруднику лаборатории ядерной спектроскопии Б.А.Немашкало, а также завлабораторией Ю.П.Антуфьеву за интерес к работе и стимулирующие дискуссии.

Я благодарен сотруднику ЛИЯФ В.Е.Митрошину за обсуждение ряда теоретических вопросов. Благодарен я также моим коллегам из ХФТИ АН УССР, ХГУ и УШИ А.И.Попову, В.М.Мищенко, В.Д.Забо-лотному, О.И.Ехичеву, Н.И.Реве, А.Л.Гончаренко, Л.А.Цукублиной, И.Д.Федорцу, С.А.Письменецкому, Г.А.Кривоносову за помощь и рекомендации в эксперименте и в проведении расчётов на ЭВМ, а эксплуатационной группе электростатического ускорителя ВГ-4 ХФТИ - за обеспечение бесперебойной работы ускорителя.