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

САНКТ-ПЕТЕШтжШ гаВДГСТБЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ На права* рукописи

ЖАН НАМ

Исследование возбужденных уровней в реакции (п

на пучках фильтрованных нейтронов и в реакции (п,п'/)

С быстрыми нейтронами реактора

Специальность 01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

/>вторвфврат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-иатематичвских наук

Санкт-Петербург 1992

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

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор физико-математических ь^гк, профессор Е.П.Гр1._орьев

ОйЩАЛЬНЫЕ ОЯОНЕНТЫ: доктор физико-математических наук, профессор И.Х.Лемберг

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

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

Защита состоится "22 " октября 1992 г. в П час.00 мин. на зг здании Специализированного совета Д 063.57.14 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу:

199034, Санкт-Петребург, Университетская наб.-, 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С ЛГУ.

Автореферат разослан " "_ 1992 г.

Учений секретарь Специализированного совета Чубинский-Надеадин О.В.

Общая характеристика работа Актуальность теш.

Изучение структуры атомных ядер ведется с 30-х годов. Несмотря на достигнутые успехи в поникании сходства и различий свойств основных и возбужденных состояний различных ядер, теория еще очень далека от поникания процесса, от предсказания характеристик конкретных я зр. Развитие дока идет на уровне создания моделей, которые пригодна для отдельных груш ядер и для объяснения ограниченного числа их свойств. Первостепенное значе: .е в этом процессе имеет обширный, многосторонний экспер ллентальшй материал, В течение длительного периода происходило и происходит изучение р.пдаоакгивяого распада различных ядер. По мере удаления от дорожа стабильности все новые нуклида становились достушшми для изучения, все более высокие уровни дочерти ядер возбуаца-лись при распаде.

С раззитиек техника эксперимента акцент смещался на изучение структуры ядра в ядерных реакциях. Здесь оказываются доступными очень высокие энергии возбуждения ядер, очень больш. з моменты, недоступные в радиоактивном распаде. Так;ю опыты привели 1 к открыт::-), например, ".¡ушных" полос и супердефоршрованшх состояний. • -

В наших исследованиях структура 1^ва изучалась в реакции С п.,» на фильтрованных нейтронах с энергией 1.3 кэВ и 59 кэЗ. Особенностью использования квазимонохроматических нейтронов является то, что три их захвате возбуждаются десятки и даже сотни уровней с энергией ¡и 1.9 и 59 кэВ выше, чем энергия отрыва нейтрона 8536 кэВ в 156а*. 'ширина захватной полосы составляет около I кэЗ, мало влияет на ширина пиков в /-спектрах. Спины захватных состояний при анергии нейтронов 1.9 кэВ равны I" или 2" при спине ядра-имени. 3/2". При энергии нейтронов 59 кэВ часть захватов происходит с передачей орбитального момента 1 я I и оеразутэтся захватные уровни О*- 3+. В, первом случае саше интен-савные первичные Е1 /-переходы приводят к заселении уровней 0+-3+, в ? раз более слабые Ж /-перехода - 0"- 3". В случае Е^ => ® 59 кзВ добавляются состояния 4+ и 4~ и усиливается заселение состояний с отрицательной четностью. Использование реакции (п,/) приводит к выявлению всех состояний 1+- 3+ в диапазоне до 3 МэЗ

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

3 реакции (п.п'Л происходит заселение состояли? здра-ми-шени в зависимости отэнергии возбуждения и от сшша, но независимо от природа уровня. Угловые распределения,. которые.были измерены,' дают возможность выявить сшшы состояний й цультиполь-ность перехода, то-есть получить ответ на основные вопросы о свойствах ядерных уровней.

Цель работы.

Целью работы было измерение спектров г ^рвичкых переходов 15бса в реакции (п,/) на фильтрованных нейтронах, анализ этих спектров и исследование угловых распределений в реакции (п,л'Ц) на ,80нг, расширение и уточнение наших знаний о структуре возбужденных состояний четно-четных деформированных ядер 1и 180нг.

Используя полученные данные и известный набор сведений об изучи.-лых ядрах было необходим дать наиболее полные сведения о свойствах их возбунденных уровней, о степени их согласованности со свойствами соседних ядер и с предсказаниями ядерных моделей.

Научная новизна.

1. Существенно уточнены спектры /-излучения в реакции (а,/) на пучке нейтронов с 1% =1,9 кэЗ и впервые изучен спектр /-лучей на пучке с Е^ = 59 кзВ.

2. Выявлены все состояния 156аа. о Iх <= 0+- до 2.5 - 3 МэВ и многие состояния с I*- » I"- 4". Обнаружены состояния 0~ и 3"3.

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

4. Впервые установлено существенное различие моментов инер ции полос с К71 = 0+ н 1+.

5. Показана неприменимость правил Алага для разрядки уровней с анергией возбуждения выше 1.5 МэВ.

6. Уточнена схема уровней 130нг. Установлена новая ротационная полоса о Кх = 3+.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы состоит- в выявлении энергетических закономерностей в ротационных полосах и в определении пределов применимости аразал интенсивностей jf-переходов. Уста-новленн энергетические ограничения предсказаний ротационной модели.

Объем и структура диссертации.

«юсертадия состоит из 148 страниц текста, в нее входят введение, 3 главы и заключение, 26 таблиц, 12 рисунков, список литературы из 69 названий.

Содержние диссертации.

Во введении отмечается большая информативность примененных методов исследования структуры ядер в реакцих (n.Jf) ц (п.п'Л. Их значение состоит в том, что они дают возксанооть обнаружить все состояния с определенным набором характеристик в данном диапазоне энергий возбуждения. Забор ядер диктовался как их свойствами, так в практическими возможностями, а такае степенью их изученности в предыдущие работах.

Первая глаза посвячена описании условий опытов с фильтрованными не;ст1 она*.л. На реакторе Института ядерных исследований Упраинп создана система, которая позволяет получать квазамоко-хроматкчэские нейтрош с энергиями 1.9, 3.5, 24,45 и 59 кэЗ. Для этого слу:гат наборы фа: зтров, которые в их совокупности но-ззоляэт пройти через них нейтронам только в узкой экзргетичео-когл интервале. Взаимодействуя с ядрами мииена, эти нейтрона возбуждают десятки уровней с энергией на 1.9 и 59 кэВ выше, чем энергия отриза нейтрона. Спектры разрядки этих уровней измерялись сисгега;; парных спектрометров. Было использовало 6 спектрометров, калиай из которых состоял из Oeîu) а двух Mai детекторов. Зсо они были согласованы по энергетической шкала. Их система в б раз увеличит скорости набора илфорнзщш по отношена» к одному спектрометру. Полученные спектр* ¿-излучения с покощью.

ЭШ обрабатывались по программам, разработанным в ИЯЫ. Учитывались линии, фона, которые были измерены в специальных опытах с угольной (лшекыо. Б диссертации приведены анергии и интенсивно-

• сти /-переходов измеренных с нактронаш 1.9 и 59 кэВ.

Спектры ¿'-излучения в реакции 1S0Hf(a,n'/) измерялись на выведенном пучке быстрых 'нейтронов реактора в Институт физики , Академии наук Латвии. Измерения проведень под углами 90°, 125°, 135° и 140° по отношении к направлению пучка, аооле проведения второго'этапа обработки спектров, они были нормированы на переход 1065 кэВ, который идет с изомерк ?о уровня 1374 кэВ, 4~,. ^1/2 = ыс и аоэтм'г/ /-кванты вневт изотропное угловое распределение.

В главе 2 рассматривается 15боа. В соответствии с поведением хвоста гигантского дшшльного резо^нса были получены ■ приведенные вероятности EI-переходов B(SI) = Iу/Щ . После нормировки по переходу на первый возбужденный уровень 89 каВ, 2+ В(Е1;89) «= 100 оказалось, что перехода на все остальные уровни I4" в 2+ имеют близкие значения В(Е1), а перехода на уровни 0+ шш 3+ - в два pasa слабее. Значения 3(!Я) перекодов на уровни I", 2~ и 0~, 3~ составили соответственно 15 и 7 единиц.

ho пользуя эти пре, посылки и полученные экспериментальные данные, ш определила положение всех уровней 0+- 3+ до анергий возб/эдения 2.5 - 3.0 ЦэВ. Проявились такае уровни с отрицательной четностью 0~- 4", но большая'плотность уровней ваше 2 МэВ гз позволяет выделить полный их набор. Некоторые из переходов трудно вдгтать на фоне более интенсивных переходов на уровни 0+- 3+.

Проведен анализ интенсивностей переходов в спектрах о Е п= ■ 1.9 и 59 кзВ, установлено, что доля MI-переходов доставляет 15 % от EI и что захваты нейтронов с ¡^ = 59 кэВ в 60 % случаев

• происходят о 1 « 0, e-волна, а в (40+10}% с i = I, ¿ -водна. По этим данным получено согласив расчетного и экспериментального заселения уровней игрвичн переходами в опытах-с Еп = 59 кэВ.

ú диссертации проводится рассмотрение разрядки каждого обнаруженного уровня. Для этого использовали данные о вторичных /-переходах в реакции (nt/J) на тепловых нейтронах аз литературных источников. Была составлена программа, по которой ЭШ выда-

вала список переходов с рассматриваемого на нижележащие уровни. Он сопоставлялся со списком наблюдавшихся переходов и выявлялись совпадающие по энергии переходы. После рассмотрения энергетических сумм определялся список разряжающих переходов, который помещен в табл. 2.5, Вероятность того, что переход находится в данном месте схемы оценивается по его интенсивности, муль-тапольноста и логреииости его энергии.

Уровни с положительной четностью объединены в ротационные полосы, отому помогло знание сшшов многих уровней из распада '56ец . По интенсивности« первичных переходов однозначно определена четность уровней со спилом I. Для всех уровней 1+ найдены ротационные сателлиты 2+ и 3+. В таблице приводятся данше о ротационных полосах с К* « 0+, I1" п 2+, 8 из 17 полос идентифицированы впервые. Здесь указаны ротационные параметры А, которые определяются по разностям энергий соседних ротационных уровней. Известно, что значения А уменьшаются по пере-возрастания спина. Это подтверждается в полосах - К = 0 и 2. Однако в полосах с Кх = 1+ обнаружена резкая аномалия, ^сказывается предположение , что она, возмо.тао, обусловлена сигнатурным расщеплеот-ем полос, но ну;.ио знать значения энергий членов полос с большими спинами, чтобы проверить это предположение.

В схеме л-0Ш!3" 156(54 впервые обнаружено состояние с 1*К = 3+3. Состояние 21УЭ :;эВ можно рассматривать как первый уровень' в спектр.;, не инекцпй ротационных сателлитов, в предположении, что ротационный параметр А не очень сильно отличается в разных полосах.

Состояния с отрицательной четностью до энергий возбуядения 2 'ЛэЗ образуют ротационные полосы с 1С*" = 0^, 2^ и 2^. На-блюдалос. около десятка уровней I" в диапазоне 2.0 - 2,5 НэВ. Лх невозможно объединить в ротационные полоса, мало известно состояний 2~ и 3", инерционные граметры А шеит большой разброс, мотет быть велико сигнатурное расщеплеш!е.

. Анализ полученных данных и распада 156Вц привел к обнаружений очень редко наблндаемого уровня 0", 1352 кэВ. Он обоснован гатей интенсивностью первичного перехода. При ранее приписанном спине I" этот переход должен бить в несколько раз сильнее, чей наблюдается. Кроме того, разрядка обнаружена только на

- 6 -

Таблица. Ротационные полосы в '5боа.

1*К E A ЛС E A

2 Oj 0 89.0 14.8 o*o4 2+04 I7I5.2 I77I.I 9.3

°1°2 1049.5 II29.4 - 13.3 2+05 I85I.3 I9I4.8 10.6

°!°3 2+03 II68.2 1258,0 15.0 0+0, *4 1988.3 2047.8 9.9

zh 1965,9 2003,S 2070.3 9.5 3I.I 3+I5 2300.8 2323.4 2350.4 5.7 6.2

Л2 2% 3% 2026.6 2054.1 2106.S 6.9. 8.8 2+Ig 3+Ig 2361.3 2361.2 2416.5 5.0 5.9

2 la з+13з 2I8S.8 2216,7 2256,6 7,5 6.7 1% .7 3% 2402.1 2427.7 2466.8 6.4. 6.5

3% 2269.9 2303.1 2349.7 8.3 • 7.8 ■

2!2i 3 2j II54.I 1247.9 15.6 2+23 3+23 2147.2 2231.9 14 Л.

2% 3% 1827,8 I9I6.4 14.8

уровни I'I , и ГО , и нет переходов на основное состояние Q+Oj и первое возбузденное состояние 2+0j.

В разрядка уровней I* и I" 1560d на ротационные уровни одной полосы обнаружено резкое нарушение правил Алаги, Что привод дат к невозможности определения квантового числа К этим методом. Найдены и обсузкда:ится уроыш, имвщие свойства, которые вибрационная модель предсказывает для двухфононных состояний. .

Грегья глаза посвящена ядру ,в0нг. Оно изучалось в реакции (а,п'/). Яри анализе. данных ранее не было учтено, что имеется изомерный уровень 1374 кэВ с изотрошллл распределением /-квантов разрядки 1065 кэВ и что несколько линий спектра относятся к двум а даже трем близким по анергии переходам. Ш провели заново полную обработку экспериментальных спектров, нормировали угловые распределения на изоиерный переход 1065 кэЗ и учли особенности схемы уровней. Был применен графический метод анализа и проверки данных. Приближенная форцула имеет вид:

W(0) = A0(l -I^AgPjtcose)) Коэффициент ослабления «ig определен по практически чистому ЕЯ-ротационное/ переходу 332 кэЗ, 4+. Он оказался равным 0.62 и характеризует шстроенность ядер 180Hf в реакции. Для 18 одиночных и сложных переходов получена значения коэффициента А^, которые сопоставляются с теоретическая значением и позволяет судить о пультиполыюстях переходов шш составе смеси.

Рассмотрение сложного триплета 1300 кэВ привело к экспериментальному установлению характеристик I- уров-л 1300 кэЗ, а также выводу о сло:лгам составе переходов 1207 кэВ.

. Уровни 1200, 2+2 и I2SI кэВ, 3+2 распадаются переходами 1200 + IIS7 кэВ в соответствии с систематикой мультилольного состава переходов 3+2 - 2+0 .

Сделан вывод об уровне 1354 кэВ, 2"1, который ра ряжается сильным переходом 1260 кэВ.

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

Введен головной уровень новой полосы 1633.17 к<*В, 3'' и его ротационные сателлита: 1738.60, 4+3 и 1863,85 кэЛ, 5+3. Яредао-яена структура полосы n5I44'-n5I0f,

Во« результаты получены при согласованном рассмотрении ре-

зулыатов ь.учешя реакции (п,п'/) и реакции 180нг на

тепловых иуезонанснцх нейтронах. Малые погрешности энергии вторичных /-лучей в реакции (п ,/) дают дополнительное доказательство выводам о структуре 1а°Н£.

В заключении сформулированы основные выродо и результаты диосертазди. Методическая часть раСоты сводится к дчум пунктам.

1. Для анализа полученных данных использованы представления двух моделей: статистической, которая определяет интенсивности /-переходов со среднерезонансных захватных нейтронных уровней, и ротадионной модели, по которой прозодится анализ получет;ых результатов.

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

Результаты изучения 15баа заключаются в следующем.

1. Измерены спектры первичных /-переходов при разладе захватных состояний в 15бса с .Iх = I" и 2" с 3 = Зп + 1.9 кэВ и о I* - Г", 2", 0+- 3+ с Е и Вц + 59 кэВ. Энергии промежуточных состояний находятся в интервале от 0 до 3 МэВ.

2. Идентифицированы все состояния в15б0<1с Iх = 0+, 1+, 2+ и 3+ до энергий возбуждения 2,5 МэВ. Средп них несколько новых. Для анализа привлечены данные из реакций (п,п')) и (п,2/). Состояния в этой области отнесены к ротационным полосам.

3. Идентифицировали уровни 0+ и 2+, 6 ротационных полос с К*" = О4. Две из них впервые.

4. ИгчиЕфиипрованн уровни 1+, 2+ и 3+ сем полос сКх»

- 1+. Четыре из них впервые.

5. Идентифицированы уровни 2+ и 3+ трех полос с К11« 2+. Одня из них впервые.

6. Обнаружен ур эень с Н « 3+3.

7. Полечено экспериментальное подтверздение уровней 1~- 4~ до 2.5 МэВ. Установлена четность всех уровней с I = I известных из распада '5бвц.

8. Обнаружен очень редко встречающийся уровень 0" с Е =

- 1952 кэВ.

9. Впервые проанализирована разряда состояний с Е<2.5 МэВ, возбуждаемых в реакции (п,/).

10. Проанализированы данные о моментах инерции состояний о положительной четностью. Установлена зависимость для полос с К*» = 0+, согласующаяся с известной систематикой. Для полос с К* =

= 1+ впервые опарукен э;февд аномально большого расстояния между членам ротационной нолоси 2 4 и

11. Анализ разрядки различных состояний о1л> О4", 1+, 21, I" на уровни одной рота;зюнной полоса показал, что правила Ала-ги резко нарушаются и что их нельзя применять для установления квантового числа К.

12. Делается утверждение о двухфононг х состояниях деформи-ропанных ядер на примере (3*--сосгоя!-1я 1828 кэВ.

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

I. Предложена и реализована простая графическая методика анализа экопериментальныхуглови- распределений /-кпантов. Использованы представления об изотропном распределении /-квантов, разряжащих уровень. . .

' 2. Экспериментально подтвержден спин О4" уровней 1101'. 9 кэВ и 1315.7 кэБ.

3. К полосе с 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 1821.5 кэВ, 6". Уровень 1300.5 кэВ яв--ляется двухквазичастичным протоньш состоянием р514|- р404| о расчетной энергией 1.2 МэВ.

4. Третья ротационная полоса о К* = Од на ур вне 1315.7 кэВ содержит уровни с I до 6+.

5. /-вибрадаонная полоса включает уровни о Iя" от 2+ до 7+.

6. Обнаружена и развита ротационная полоса о К* = 3+, и514|- л5101 с уровнями 4+ и 5"1".

Результаты диссертационной работы дают основания для некоторых рекомендаций, которые полезны физикам-ядерщикам.Рекомендации касаются предсказательной силы обобщенной модели.

1. Моменты инерции деформированных ядер различны для состояний с раз шлет К. Они ■могут отличаться до трех раз. В пдло-сах о одинаковыми К это различие несколько меньше.

2. Нельзя пользовался правилам! Алаги для состо: :шй о

энергией возбуждения МэВ а кие. Здесь оказывается бесполезным даже учет смешивания состояний, так как их плотность быстро возрастает с энергией возбуждения и надо принимать во внимание много уровней.

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

I. Григорьев Е.П.,'Бондаренио В.А., Хван Нам. Анализ угловых распределена!! /-квантов ,80нг в реакции (п.п'Д).// Тез. докл. 41 Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Л.:.Наука, 1991. С. 109.

2. Григорьев Е.П., Хван Нам. Ротационная полоса с К = 3+ в Тез. докл. 41 Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Л.: Наука, 1991. С.П0-П1.

3. Григорьев Е.П., Бондаренко В.А., Хван Нам. Угловые распределения ¿-квантов в реакции 180нг(п,п'Л и новые полосы в 18°НГ.// ЯФ. 1991. Т.54, вып. 6(12). С. 149^-1507.