Исследование возбужденных уровней 156 Gd в реакции (п, α ) на пучках фильтрованных нейтронов и 180 Hf в реакции (п, п' α ) с быстрыми нейтронами реактора тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ На правах рукописи

ХВАН НАМ

Исследование возбужденных уровней в реакции (п,/)

на пучках фильтрованных нейтронов и в реакции Сп.п'/)

с быстрыми нейтронами реактора

Специальность 01.04.Гб - физика ядра и элементарны* частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург1 1992

/ ,

Работа выполнена на кафедре ядерной спектроскопии физического факультета Санкт-Петербургского Государственного Университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИШЬ: доктор физико-математических н^ук, профессор Е.П.Грь-орьев

ОЩИАЛШЕ ОПОНЕНТЫ: доктор физико-математических наук, профессор И.У.Лемберг

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник А.А.Сорокин

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Санкт-Петербургский институт ядерной физики им. Б.П.Константинова

Защита состоится " 22 " октября 1992 г. в П_ час.00_ кии. на 3( здании Специализированного совета Д 063.57.14 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-штематических наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:

199034, Сандт-ПетреОург, Университетская наб.-, 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СЛГУ.

Автореферат разослан .

Ученый секретарь ' Специализированного совета Чубинский-Надевдин О.В.

-1 -

Общая характеристика работа Актуальность теш.

Изучение структуры атомных ядер ведется о 30-х годов. Несмотря на достигнутые успехи в понимании сходства и различий свойств основных и возбужденных состояний различных ядер, теория еще очень далека от понимания процесса, от предсказания характеристик конкретных я 5р. Развитие пока идет на уровне создания моделей, которые пригодны для отдельных групп ядер и для объяснения ограниченного числа их свойств. Первостепенное знача: е в атом процессе имеет обширный, многосторонний экспер ментальный материал. В течение длительного периода происходило и происходит изучение радиоактивного распада различных ядер. По мэре удаления от дорожки стабильности все новые нуклиды становились доступними для изучения, все более высокие уровни дочерних ядер возбуада-лись при распаде.

С развитием техники эксперимента акцент смещался на изучение структуры ядра в ядерных реакциях. Здесь оказываются доступными очень высокие энергии возбуждения ядер, очень больы. з моменты, недоступные в радиоактивном распаде. Так:!е опыты привели к открыг/.J, например, "длинных" полос п супердефоршрованных состояний. • -

3 наших исследованиях структура 1'6ad изучалась в реакции (nJ) на фильтрованных нейтронах с энергией I.S кэВ и 5Э кэЗ. Особенностью использования квазимонохроматических нейтронов является то, что чри их захвате возбуждаются десятки и даже сотни уровней с энергией на 1.9 и 59 кэЗ ьше, чем энергия отрыва нейтрона 8536 кэВ в 1Ьирина захватной полосы составляет около I кэЗ, ито мало влияет на ширины пиков в /-спектрах. Сшшы захватных состояний при энергии нейтроноз 1.9 кэВ равны I" или 2" при спине ядра-мшени 3/2". При энергии нейтронов 59 кэВ часть захватов происходит с передачей орбитального момента i = I и образуются захватные уровни 0+- З^. В первом случае cat,те интенсивные первичные EI /-перехода приводят к заселению уровней 0+-3+, в 7 раз более слабые 1Я J-перехода - 0"- 3". В случае Е^ = = 59 кэВ добавляется соотоя1шя 4+ и 4" и усиливается заселение состояний с отрицательной четностью. Использование реакции (а,/) приводит к выявлению всех состояний 1+- 3+ в диапазоне до 3 МэЗ

- г -

и многих состояний 0~- 4~. Возникает уникальная возможность ш.-явить по 2- 3 члена всех ротационных полос с К* = 0+, 1+ и 2+ и состояния с КЛ = 3+, определив границы применимости ротационной модели и установив поведение моментов инерции во всех полосах.

В реакции (n.n'/jf) происходит заселение состояли? тдра-ш-шени в зависимости отэнергии возбуждения и от спина, но независимо от природа уровня. Угловые распределения,. которые .были измерены,' дают возможность выявить сшшы состояний и цультиполь-ность перехода, то-есть получить ответ на основные вопросы о свойствах ядерных уровней.

Цель работы.

Целью работы было измерение спектров горничных переходов 1^6Gd в реакции (n,Jf) на фильтрованных нейтронах, анализ этих спектров и исследование угловых распределений в реакции (п,п'}) на 180Hf, расширение и уточнение наших знаний о структуре возбужденных состояний четно-четных деформированных ядер ^бда и 180Hf.

Используя полученные данные и известный набор сведений об изучаемых ядрах было юобходимо дать наиболее полные сведения о свойствах их возбувденных уровней, о степени их согласованности со свойствами соседних ядер и с предсказаниями ядерных моделей.

Научная новизна.

1. Существенно уточнены спектры ¿-излучения в реакции (п,/) на пучке нейтронов с =1.9 кэВ и впервые изучен спектр ¿-лучей на цучке с = 59 кэВ.

2. Вивлены все состояния 156Gd с I" = О4"- 3+ до 2.5 - 3 МэВ и многие состояния 0 1*= Г- 4". Обнаружены состояния 0" и

• 3~3.

3. Выявлены 4 новых полосы с К* = 1+, две о Кг = 0+ и одна с К* = 2+.

4. Впервые установлено существенное различие моментов инер ции полос с К* = 0+ и 1+.

5. Показана неприменимость правил Алаги для разрядки уровней с энергией возбуждения выше 1.5 МэВ.

6. Уточнена схема уровней 180Hf. Установлена новая ротационная полоса с К11 = 3+.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работа состоит- в выявлении энергетических закономерностей в ротационных полосах и в определении пределов применимости правил интенсивномей ¿-переходов. Установлены энергетические ограничения предсказаний ротационной модели.

Объем и структура диссертации.

¿иссертавдя состоит из 148 страниц текста, в нее входят введение, 3 главы и з,сличение, 26 таблиц, 12 рисунков, список литературы из 69 названий.

Содержание диссертации.

Во введении отмечается большая информативность примененных методов исследования структура ядер в реакциях (п,Л и (п.п'Л. Их значение состоит в том, что они дают возможность обнарукить все состояния с определе&лш набором характеристик а данном диапазоне энергий возбуждения. IliCop ядер диктовался как их свойствами, так и практическим! ва-ыокностяш, a такяе степенью их

изученности в предыдущих работах.

Порвал глава посвящена описании условий опытов с фильтрованными neílTi она'.л. На реакторе Института ядернах исследований Уд-раиш создана система, которая позволяет получать квазимоко-хроматические неКтро:-ы с энергиями 1.9, 3.5 , 24,45 и 59 кэЗ. Для этого слу;пат наборы фа; i?pos, которые в их совокупности позволяет пройти через них нейтронам только в узкой энергетическом интервале. Взаимодействуя с ядрам; иииега, зта нейтрош возбуздают десятки уровней с энергией на Г.9 и 59 кэЗ вше, чем энергия отриза нейтрона. Спектры разрядки этих уровней измерялись сисгег.ю:; парках снекгрстлетров. Было исшэльзсвано 6 спектрометров, казздай из которых состоял из Ов(ы) и двух Nal детекторов. Seo Oiíii были согласованы по энергетической шгалз. Их си-стгга в 6 раз упе.:ачв;;а скорость набора информации по отношении к одному спектрометру. Полученные спектры /-излучения с покощьм.

ЭЭЛ обрабатывались по программам, разработанным в ИШ. Учитывалась линии фона, которые были измерены в специальных опытах с угольной мишенью. В диссертации приведена энергии и интенсивности /-переходов измеренных с нейтронами 1.9 и 59 кэВ.

Спектры /-излучения в реакции 1еои (п,п'^) измерялись на выведенном пучке быстрых 'нейтронов реактора в Институт физики . Академии наук Латвии. Измерения проведень. под углаш 90°, 125°, 135° и 140° по отношению к направлению пучка. Ьосле проведения второго'этапа обработки спектров, они были нормированы на переход 1055 кэВ, который идет с изомзрк ?о уровня 1374 кэВ, 4~,-^1/2 = мо и поэтому /-кванты шевт изотропное угловое распределение.

В главе 2 рассматривается ядро В соответствии с по-

ведением хвоста гигантского дшольного резо;^нса были получены приведенные вероятности Е1-переходов В(31) = . После нор-

мировки по переходу на первый возоувдешшк уровень 89 кэВ, 2+ В(Е1;89) = 100 оказалось, что переходы на все остальные уровни I"1" и 2+ имеют близкие значения В(Е1), а перехода на уровш 0+ или 3+ - в два раза слабее. Значения В(ГЯ) переходов на уровни I", 2" и 0", 3" составили соответственно 15 и 7 единиц.

Ьопользуя эти пре-лосылзш и полученные экспериментальные данные, ш определили положение всех уровней 0+- 3+ до энергий возб/ядения 2.5 - 3.0 МэВ. Прояаились такке уровни с отрицательной четностью О-- 4", но большая'плотность уровней выше 2 МэВ гз позволяет выделить полный их набор. Некоторые из переходов трудно шд"1шть на фоне более интенсивных переходов на уровни 0+- 3+.

Проведен анализ интенсивносгей переходов в спектрах с Е ■ 1.9 и 59 кэВ, установлено, что доля М1-переходов доставляет 15 % от Е1 и что захваты нейтронов о Ц^ = 59 кэВ в 60 % случаев происходят с 1 «О, в-волна, а в (40+10)$ с 1 = 1, ; волна. Но этим данным получено согласие расчетного и экспериментального заселения уровней первичн г.м переходами в опытах'с Еп = 59 кэВ.

6 диссертации проводится рассмотрение разрядка каждого обнаруженного уровш. Для этого использоланы данные о вторичных /-переходах в реакции (п.^) на тепловых нейтронах из литературных источников. Была состаплена программа, по которой ЭВЛ выда-

вала список переходов с рассматриваемого на нижележащие уровни. Он сопоставлялся со списком наблюдавшихся переходов к выявлялись совпадающие по энергии перехода. После рассмотрения энергетических суш определялся список разряжающих переходов, который помещен в табл. 2.5, Вероятность того, что переход находится в данном месте схеш оценивается по его интенсивности, муль-типольносги и погрей;.ости его энергии.

Уровни с положительной четностью объединены в ротационные полосы, ¿тому помогло знание спинов многих уровней из распада '5бви. По интенсивностям первичных переходов однозначно определена четность уровней со спином I. Для всех уровней 1+ найдены ротационные сателлиты 2+ и 3+. В таблице приводятся данные о ротационных полосах с К* = 0+, 1+ и 2*, 8 из 17 полос идентифицированы впервые. Здесь указаны ротационные параметры А, которые определяются по разностям энергий соседних ротационных уровней. Известно, что значения А уменьшится по мере возрастания спдна. Это подтверждается в полосах j К = 0 л 2. Однако в полосах с К* = 1+ обнаружена резкая аноиалия. З&сказывается г-^едпо-ложение, что она, возможно, обусловлена сигнатурным расщеплением полос, но ну:.шо знать значения энергий членов полос с большими спинами, чтобы проверить это предположение.

В схеме уровней 156od впервые обнаружено состояние с 1*К = 3+3. Состояние 2IÍ.Q кэВ можно рассматривать как первый уровень' в спектрз, не имеющий ротационных сателлитов, в предположении, что ротационный параметр А не очень сильно отличается в разных полосах.

Состояния с отрицательной четкостью до энергий возбуждения 2 .'.ТэЗ образуют ротационные полоса с 1С*" = IJ, OJ, 2J и 2g. Наблюдалось около десятка уровней I- в диапазоне 2.0 - 2.5 МэВ. Лх невозможно объединить в ротационные полосы, мало известно состояний 2" и 3", инерционные аракетри А имеют большой разброс, может быть -елико сигнатурное расщеплешь.

. Анализ полученных данных и распада 15бви привел к обнаружении очень редко наблюдаемого уровня О", 1352 кэВ. Он обоснован галсй янтснсиз.чостъю первичного перехода. При ранее приписанном спине I" этот переход доджей быть в несколько раз сильнее, чем наблюдается. Кроме того, разрядка обнаружена только на

- о -

Таблица. Ротационные полосы в 1 5°<¡á.

1*К Е А 1ЯК Е А

о+ог г\ 0 89.0 14.8 0% 2% 1715.2 I77I.I 9.3

2+02 1049.5 II29.4 • 13.3 °t°5 2+05 1851.3 1914.8 10.6

о+о3 2+03 1168,2 1258.0 15.0 0+0, 2+066 1988.3 2047.8 9.9

§ ISS5.9 2003.8 2070.3 9.5 Il.r 3+15 2300.8 2323.4 2360.4 5.7 6.2

2?2 2 2026.6 2054.1 2X06.6 6.9. 8.8 ^б 2% 2361.3 2381.2 2416.5 5.0 5.9

2186.8 2216.7 2256.6 7.5 6.7 2% з+17 2402.1 2427.7 24GS.8 6.4 6.5

^ 2% 2269.9 2303.1 2349.7 8.3 . 7.8 ■

2l2i 3+2Г 1154,1 1247.9 15.6 2+23 3+23 2147.2 2231.9 14.1

2% 3% 1627.8 ISI6.4 14.8

уровни 1*1 , ¿TI и ГО , и нет переходов на основное состояние 0+0j и первое возбужденное состояние 2+0j.

В разрядке уровней 1+ и I" 1560d на ротационные уровни одной полосы обнаружено резкое нарушение правил Алага, Что привск дат к невозможности определения квантового числа К этим методом. Найдены и обсуждался уровни, имеющие свойства, которые вибрационная модель предсказывает для даухфононшх состояний. .

Третья глава посвящена ядру le0Hf. Оно изучалось в реакции (п.,а'Л). При анализе, данных ранее не было учтено, что имеется изомерный уровень 1374 кэВ с изотропным распределением /-киан-тов разрядка 1065 кэВ и что несколько линий спектра относятся к двум и даже трем близким по анергии переходам. Ш провели заново полную обработку экспериментальных спектров, норшровала угловые распределения на изоиерный переход 1065 кэВ и учли особенности схег.щ уровней. Выл притенен графический метод анализа и проверки данных. Приближенная фор;,^ула имеет вид:

*(в) = Ао0 +^Agl>2 (oos9)J Коэффициент ослабления oíg определен по практически чистого Е2-ротациошюму переходу 332 кэЗ, б+- Он оказался равным 0.62 и характеризует внстроешгость ядер !80нг в реакция. Для 18 ода-ночных и сложных переходов получены значения коэффициента Ag, которые сопоставляются с теоретическим значением и позволяют судить о гульгапольшетях переходов или составе смеси.

Рассмотрение слогзого триплета 1300 кэВ привело к экспериментальному установлению характеристик I" уров.л 1300 кэЗ, а такта выводу о сло:люи составе пере ходов 1207 кэВ.

- Уровни 1200, 2+2 и 1291 кэВ, 3+2 распадается перехода*® 1200 + IIS7 кэВ в соответствии с систеивттсой мудыипольного состава переходов 3+2 - 2+0 .

Сделан вывод об уровне 1354 кэВ, 2~1, которой ра ряааетея сильным переходам 1260 кэВ.

Дано экспериментальное доказательство близкого дублета уровней 1409.3 кэВ, 4+2 и 1409.4 кэЗ, 2^0.

Введен головной уровень новой полосы 1633.17 ¡wB, 3'" и его ротационные сателлита: 1738.60, 4+3 и 1663,86 кэБ, 5+3. Яредага-жена структура полоса n5I4í--zi5IQf.

Го« разультаты получена при согласованном рассмотрении ре-

зультатов ь./чегшл реакции (п.п'Л и реакции ,7<3нг (п,/)'80нг на тепловых ирезонансных нейтронах. Малые погрешности энергии вторичных /-лучей в реакции (п,Л дают дополнительное доказательство выводам о структуре ,60И.

В заклвчении сформулированы основные вьп">да к результаты диссертации. Методическая часть работы сводится к д*ум пунктам.

1. Для анализа полученных данных использованы представления двух моделей: статистической, которая определяет интенсивности /-переходов со среднерезоиансных захватных нейтронных уровней, и ротационной подели, по которой проводится анализ полученных результатов.

2. Составлена программа поисков /-переходов, которые могут разряжать обнаруженный уровень на шыазлеяащие с стояния. Ее использование правело к уточнении энергий уровней п установлении способов их разрядки.

Результаты изучения 156оа закатаются в следующем.

X. Изиереш спектры первичных /-переходов при ра:ладе захватных СОСТОЯНИЙ В ,560с1 с .1* => I" и 2" с 3 = ¿а + 1.9 кэВ и с I1 - Г, 2", 0+- 3+ с Е в Вп + 59 кэВ. Энергии промкяуточюнс состояний находятся в интервале от 0 до 3 МэВ.

2. Идентифицированы все состояния Iх =

и 3+ до энергий возбуждения 2.5 МэВ. Среда них несколько новых. Для анализа привлечены данные из реакций (п.п'Л и (п,2Л. Состояния в этой области отнесены к ротационным полосам.

3. Идентифицированы уровни 0+ и 2+, 6 ротационных полос с К* = О4'. Две из них впертые.

4. Цг^нп'.фицпровакы уровни Г*", 2+ и 3+ семи полос с К4 = -• I4. Четыре из них впервые.

5. Идентифицированы уровни 2+ и 3* трех полоо с Кл = 2+. Однп из них впервые.

6. Обнаружен ур зень с I Я, « 3*3.

7. Полтчзяо экспериментальное подаверздвние уровней I"- 4" до 2.5 МэВ. Установлена четность всех уровней с I » I известных из распада 15бги.

8. Обнаружен очень редко зстречавдийся уровень 0"* с Е ■ «» 1952 кэВ.

9. Впервые проанализирована разряпга состояний с Б <2.5 МэВ, возбуждаемых в реакции (п,}),

10. Проанализированы данные о моментах инерции состояний о положительной четностью. Установлена зависимость для полос с К*» = О4, согласующаяся с известной систематикой. Для полос с К* =

= 1+ впервые о наружен эффект аномально большого расстояния меж- -ду членами ротационной полосы 2* п 3+.

11. Анализ разрядки различных состояний с I*"» 0+, 1+, 21, I- на уровни одной ротационной полосы показал, что правила Ала-ги резко нарушаются л что их нельзя применять для установления квантового числа К.

12. Делается утверждение о двухйононг х состояниях деформи-ропанных ядер на примере (3*--сосгояпя 1828 кэВ.

Результаты изучения угловых распределений ^-квантов в реакции ,80НГ(п,п'/) заключаются в следупцем.

I. Предложена и реализована простая графическая методика анализа экспершентальшхуглоа..; распределений /-¡сзантов. Использованы представления об изотропном распределении ¿-квантов, раэряжатгх уровень.

' 2. Экспериментально подтвержден спин 0+" уровней 1101. Э кэВ и 1315.7 кэВ.

3. К полосе о I1 « I" относятся уровни 1300.5 кэВ, I", 1354.0 кэВ, 2~. Эта же полоса включает уровни 1429.8, 3", 1539.3, 4", 1663.2, 5~ и 1621.5 кэВ, 6". Уровень 1300.5 кэВ яв--ляется двухквазвчастичшм протокьдл состоянием р514^~ р4041, о расчетной энергией 1.2 МэВ.

4. Третья ротационная полоса ^ К* а Од на у% вне 1315.7 кэВ содержит уровни с I до 6+.

5. ¿-вибрационная полоса включает уровни с I* от 2+ до 7+.

6. Обнаружена и развита ротационная полоса о К*"«» 3+, п514|- «510^ с уровнями Р1", 4+ и 5*".

Результата диссертационной работы дают основания для некоторых рекомендаций, которые полезны физикам-ядерздакам.Рекомендации касается предсказательной силы обобщенной модели.

1. Моменты инерции деформированных ядер различны для состояний о разными К. Они'М01ут отличаться до трех раз. В пбло-сах о одинаковыми К это различие несколько меньше.

2. Нельзя пользоваться правилами Алаги для еосто; :гий о

энергией возбуждения 2 МэВ и выше. Здесь оказывается бесполезным лаке учет смешивания состояний, гак как их плотность быстро возрастает с энергией возбуждения и надо принимать во

Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в следующих работах:

I. Григорьев Е.П.,'Бондаренко Б.А., Хван Нам. Анализ угловых распределений /-квантов 180нг в реакции (п,п'/).// Тез. докл. 41 Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Л.:.Наука, 1591. С. 109.

2. Григорьев Е.П., Хван Нам. Ротационная полоса с К = 3+ в 180нг.// Тез. докл. 41 Совещания по ядерной спектроскопии и структура атомного дцра. Л.: Наука, 1991. С.НО-Ш.

3. Григорьев Е.П., Бовдаренко В.А., Хван Нам. Угловые распределения /-квантов в реакции 180нг(а,п7) и новые полосы в 180В*.// ЯФ. 1991. 7.54, вып. 6(12). С. 149У-1507.

внимание много уровней.