Нестатические эффекты в каскадном гамма-распаде компаунд-состояний четно-четных ядер тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГ6 од

' » ,

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи 3-94-34

ВОЙНОВ Александр Владимирович

УДК 539.172.3/4

НЕСТАТИСТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В КАСКАДНОМ у-РАСПАДЕ КОМПАУНД-СОСТОЯНИЙ ЧЕТНО-ЧЕТНЫХ ЯДЕР

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1994

Работа выполнена в Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна.

Научный руководитель -кандидат физпко - математических наук,

старший научный сотрудник А.М.Суховой

Официальные оппоненты: доктор фиоико - математических наук,

профессор В.Г.Калинников

доктор фиоико - математических наук,

главный научных! сотрудник Г.В.Мурадян

Ведущее предприятие: Санкт-Петербургский институт ядерной физики, Гатчина, Ленинградская обл.

Защита диссертации состоится "_(.?_"________1___1994 г. в час

на заседании специализированного совета Д 047.01.05 при Лаборатории нейтронной физики и Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований, Дубна Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯН.

Автореферат разослан " _/£>______0±_ __1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Ю. В.Таран

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящее время большое количество экспериментальных данных, полученных с помощью современных методик для тяжелых деформированных ядер, показывает, что статистическая интерпретация структур уровней ядер с энергиями от нуля до энергии связи нейтрона и выше, является сильно упрощенной, что необходимо принимать во внимание выделенные моды, характеризуемые квазича-стичнымп, коллективными и т.д. степенями свободы. Развитие методики изучения каскадного 7 - распада ядер на тепловых нейтронах показало, что данное замечание справедливо и для реакции радиационного захвата нейтронов. Было показано, что интенсивности каскадов, заселяющие первые возбужденные состояния не удается описать простой статистической моделью распада компаунд - состояний ядер из - за влияния структур состояний на ширины первичных и вторичных переходов. Новые экспериментальные возможности открыли новые перспективы изучения структур этих состояний. К настоящему времени накоплен экспериментальный материал по каскадному распаду 11-ти четно - нечетных тяжелых деформированных ядер и 5-ти четно - четных. Полученная информация свидетельствует о не тривиальности закономерностей каскадного 7-распада и требует дальнейшего экспериментального исследования.

ЦЕЛЬЮ ДАННОЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ:

1. Исследование особенностей каскадного 7-распада четно - четных составных ядер из области 4.? максимума нейтронной силовой функции.

2. Анализ экспериментальных данных с целью получения информации о структуре состояний, заселяемых каскадными переходами.

3. Поиск закономерностей, не укладывающихся в традиционные рамки статистического механизма образования и распада ядер.

4. Качественная оценка соответствия наблюдаемых экспериментальных закономерностей теоретическим представлениям.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

В настоящей работе впервые проведено исследование каскадного гамма-распада компаунд - состояний четно-четных ядер шМс1, 1505ш, 156(?с?, шИу, тУЬ, образованных при захвате тепловых нейтро-

нов. Полученная экспериментальная информация, а также результаты ее анализа могут способствовать более глубокому пониманию процессов, определяющих свойства ядер при низких энергиях возбуждения.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:

1. Методом САСИ получены спектры двухквантовых каскадов, разряжающих компаунд-состояния ядер 146Лгй, 1505ш, 156<?(/, 158(2с?, шОу, тУЬ, образовавшиеся при радиационном захвате тепловых нейтронов. Определены энергии квантов и интенсивности наиболее сильных каскадов.

2. Получена новая информация о схемах распада исследуемых ядер в широком энергетическом интервале Е < 3,5 МэВ.

3. С помощью предложенной в диссертации методики определен порядок следования у - квантов в каскадах и получены распределе-

ни я интененвностой каскадных переходов в функции энергии возбуждения ядра. Обнаружены локальные усиления интонсивностей каскадов, для ядер 1Г,,'С(/. '''"Си/и 16'£>1/ в районе анергий их первичных переходов от 2 до 3 МэВ. Дана качественная интерпретация наблюдаемого эффекта.

4. Проанализированы корреляции интененвностой первичных перо-ходов для ядер и'*Ег. ь '}'/> и |,НЯ/ при захвате тепловых нейтронов н нейтронов со средней энергией Е„ = 2 кэВ. Обнаружены значимые корреляции для ядер I6!í£'^■ II '''У/;.

5. Произведен поиск эквидистантности в положениях промежуточных уровней интенсивных двухквантовых каскадов для изморенных к настоящему времени четно-четных и четно-нечетных ядер.

ЛШ'ОИЛЦИЯ РАБОТЫ. Материалы, положенные в основу диссертации докладывались на 43-м международном совещании по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Дубна. 1993 г.). на международной конференции "Будущее ядерной спектроскопии" (Крит. Греция. 1993).

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Объем работы - 110 страниц машинописного текста, 10 таблиц и 19 рисунков. Список литературы включает 67 наименований.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 0 работ.

Содержание работы

Во введении показана актуальность работы, ее цель, кратко изложено содержание диссертации и приведены основные положения, выпо-

симые на защиту.

В первой главе дан обзор некоторых теоретических моделей, используемых в настоящее время для описания 7 - распада компаунд

- состояний ядер, а также моделей, предсказывающих существование выделенных мод возбуждения в области энергий 0 - 2?п, наблюдаемых экспериментально в реакциях неупругого рассеяния электронов, протонов и 7 - квантов, т.к. представляет интерес влияние этих мод на свойства каскадного 7 - распада.

Дан краткий обзор методический приемов анализа не статистических эффектов в (п,7) реакциях, показаны их недостатки.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию каскадных переходов в четно - четных ядрах 146Л/'с?, 1505ш, 1Ь6Сс1, 158(7с£, 164Иу, 114УЬ. С помощью разработанной в ЛНФ ОИЯИ методики регистрации сумм амплитуд совпадающих импульсов с двух Ое(Ы) детекторов выделены двухквантовые каскады, заселяющие нижние уровни 0+, 2+, 4+ ротационной полосы основного состояния этих ядер. Определены абсолютные интенсивности этих каскадов и энергии промежуточных уровней. Экспериментальные значения сумм интенсивностей каскадов сравнивались с теоретическими для каждого заселяемого каскадами нижнего уровня. Теоретические значения были расчитаны на основе статистической модели распада компаунд - состояний ядер. При расчете использовались две модели плотностей уровней - модель Ферми

- газа с "обратным смещением" и модель Игнатюка. Сравнение показывает, что наблюдается систематическое превышение экспериментальных значений интенсивностей над расчетными, что связывается с наличием сильных "нестатистических" каскадов.

С помощью предложенной методики проведено разложение дифференциальных спектров совпадений на первичные и вторичные 7 - переходы и построены зависимости интенсивностей каскадов от энергии их первичных переходов. Эти зависимости приведены на рис 1. Здесь же приведены расчетные кривые, полученные на основе статистической модели распада компаунд - состояний ядер при использовании двух моделей плотности уровней.

Из рисунков видно что ни одна из моделей не может адекватно описать экспериментально наблюдаемые распределения интенсивностей каскадов. Общепринятая модель ферми - газа с "обратным смещением" не в состоянии правильно предсказать усиление каскадных переходов, соответствующих наблюдаемым максимумам в распределениях при энергии первичного перехода 2 -3 МэВ (что соответствует энергии возбуждения ядра 5-6 МэВ). Подобие форм распределений для ядер 156СУ, 158С?с?, тБу, исключает возможность интерпретации усиления интенсивности каскадов при энергии первичных переходов 2-3 МэВ с позиции случайных (портер - томасовских) флуктуации.

Чисто качественно подобное усиление интенсивностей каскадов в районе энергий возбуждения ядра 5-6 МэВ объясняется за счет одно-частичных переходов 4в - 3р между соответствующими нейтронными подоболочками.

В настоящее время интенсивно изучаются магнитные и электрические дипольные возбуждения в ядрах с помощью различных типов ядерных реакций. Так как в изученных ядрах 1+ и (I-) состояния могут заселяться каскадными переходами, в данной работе приведено сравнение характеристик уровней, выделенных в (7,7') реакциях и получен-

Зт

0.5 2.5 4.5 6.5

Энергия первичного переходе (МэВ)

2.5 4.5 6.5

Энергия первичного перехода (МэВ)

л н

и 3.5

О

К

га

к

о

я

а) н К

К 1.5

1.5 2.5 4.5 6.5

Энергия первичного перехода (МэВ)

0.5 2.5 4.5 6.5

Энергия первичного перехода (МэВ)

Рдс 1. Зависимость суммарной абсолютной интенсивности каскадов заканчивающихся тремя шюколежащими уровнями = 0+, 2+ и 4+), от энергии первичного перехода, х - расчет с использованием модели фермн газа с "обратным смещением", о - модели Игнатюка. Пунктиром выделены статистические ошибки эксперимента.

6

ных при исследовании каскадного у - распада. В качестве характеристик уровнен, возбуждаемых в реакциях были выбраны коэффициенты ветвления Я = /(2+)//(0+), т.к. согласно правилам Алаги данный коэффициент в ряде случаев позволяет определить значение квантового числа К* для уровней, при распаде которых заселяются состояния 0+, 2+ ... Из сравнения положений наблюдаемых уровней можно сделать следующий вывод: каскадами 7 - переходов возбуждаются только относительно малая часть найденных к настоящему времени состояний фрагментпрованного ГМДР ("заБ.чог ию(1ея") и такая же или большая доля уровней 1~. В значениях В основной части каскадных переходов наблюдается большой разброс, что не позволяет интерпретировать их как "чистые" состояния с фиксированным значением К.

В третьей главе предложена методика анализа корреляций первичных 7 - переходов при распаде различных резонансов деформированных ядер в широком диапазоне энергий 7 - переходов.

В этой главе демонстрируется следующее: во-первых, распределение пнтенсивностей 7-переходов, усредненных по интервалу 100 кэВ, как для тепловых, так и для резонансных нейтронов имеет четко выраженную структуру, во-вторых, имеет место достаточно хорошая корреляция положения максимумов этих структур (рис 2-4). Неслучайный характер такой структуры доказывается с помощью анализа корреляции пнтенсивностей первичных переходов при захвате тепловых нейтронов и нейтронов с "усреднением" по резонансам со сроднен энергией Е„ = 2 кэВ.

Предполагается, что наличие положительной корреляции в этом случае будет свидетельствовать о присутствии неотатистичоскнх моха-

«> 0.3

и

н

(п.7> Еп-2 кэВ.

Е (кэВ)

Рис 2. Распределение усредненной по интервалу 100 кэВ наблюдаемой интенсивности первичных переходов для ядра 174УЬ.

к

ь 0.2

(п.у) Еп=2 кэВ.

(п.у) Еп=тепловые

Е (кэВ)

Рис 3. Распределение усредненной по интервалу 100 кэВ наблюдаемой интенсивности первичных переходов для ядра 178Я/.

0.3 -

0. -

0.0

Е (кэВ)

Рис 4. Распределение усредненной по интервалу 100 кэВ наблюдаемой интенсивности первичных переходов для ядра шЕг.

низмов, ответственных за возникновение подобных структур.

В отличие от других подобных методик предложенная методика анализа корреляции не предполагает известность спинов и четностей заселяемых анализируемыми переходами уровней, и, следовательно, мультппольностей переходов.

Были проанализированы первичные переходы при захвате тепловых нейтронов и нейтронов со средней энергией 2 кэВ в ядрах шЕг, 174УЬ и 17&Н/. Результаты анализа корреляций переходов сведены в таблицу 1. Значимые значения корреляции для ядер 166 Ег, 174У6 позволяют сделать заключения о наличии нестатистпческого эффекта, связанного с наличием одних и тех же выделенных компонент волновой функции в разных компаунд - состояниях.

В четвертой главе проделан анализ ранее полученной экспериментальной информации по каскадным переходам как в четно - четных так и в четно - нечетных ядрах на предмет наличия выделенной эк-

Таблица 1. ЛГэкс - количество экспериментальных переходов, заселяющих одни и те же состояния в случае захвата тепловых и резонансных нейтронов; Дэкс - экспериментальное значение коэффициента корреляции; Я - среднее расчетное значение коэффициента корреляции; Р -статистическая достоверность В?кс.

174 уЬ тЕг 178Я/

ДГэкс 42 45 27

Дохе 0.61 0.75 0.54

Л методика 1 - 0.27 0.30

р - 0.99 0.93

л методика 2 0.29 0.32 0.36

р 5) 0.96 0.99 0.80

видистантности в положениях промежуточных уровней интенсивных каскадов. Яркий пример наличия эквидистантности показан на рис 5. Аналогичную эквидистантность можно выделить практически во всех, полученных к настоящему времени, распределениях интенсивностей каскадов для ядер, отличающихся такими параметрами, как четность числа нейтронов или деформация.

Для анализа эквидистантности использовался функционал Р(Т):

" <52>

2 "1

21

ТЧЕ1 + (6Ц-Т>У ТЧЩк + {6Е]к-Т^

Рис 5. Зависимость абсолютной интенсивности двухквантовых каскадов на первое возбужденное состояние 174УЬ в функции энергии возбуждения. Римскими цифрами помечены вероятные группы эквидистантных состояний.

fooo 30D0 5000

Энергия возбуждения (кэБ)

StSi

(,Si + Sk-2Sj)

< S2 > THEfj

(,5Ejj - SEjk)

Г2

ТЧЩк + {6Щк- 4T2)2 (1)

Здесь: T - период эквидистантности; S - интенсивность каскада номе]) i,j и k; < S > - средняя интенсивность анализируемого набора каскадов, SE - разность энергий возбуждения промежуточных уровней двух рассматриваемых каскадов; Г = 0,1Т - коэффициент, регулирующий величину вклада данного каскада в функционал (1). Для данного тестируемого значения Т каскад к выбирается так, чтобы функционал (1) был бы максимальным для данной пары каскадов inj.

Наличие (отсутствие) выделенного периода Т определяется по наличию (отсутствию) четко выраженного максимума в зависимости F от варьируемой переменной Т.

Эффективность используемого функционала была апробирована на следующей модели:

а) конструировалось N = 25 - 30 "полос" эквидистантных каскадов, содержащих по т=4 или 3 члена в каждой эквидистантной "полосе";

б) интенсивности в полосах менялись случайно от максимальной до минимальной умножением предыдущего значения данной "полосы" на случайную величину £ < 1;

в) интервал Т между двумя членами моделируемой "полосы" искажается прибавлением к каждому значению энергии случайной нормально распределенной ошибки с дисперсией сг2;

г) закон изменения интенсивностей членов различных полос выбирался так, чтобы в целом воспроизвести общую форму распределений интенсивностей экспериментально наблюдаемых каскадов.

Из моделирования следует, что искомый период эквидистантности может быть однозначно выделен из подобных наборов при достаточно малых значениях произведения N111 (например, равном 100). Такое число уровней характерно для практически всех изученных ядер. Но подобный функционал позволяет однозначно определять имеющийся период эквидистантности не во всех случаях. Тем не менее, для четно - четных ядер во многих случаях можно выделить одно значение интервала эквидистантности. И это значение (ярко выраженное в ряде случаев) изменяется в интервале 500 < Т < 800 кэВ.

Интерпретация полученных значений периодов эквидистантности Т для четно - нечетных ядер, а также для ядер шЕг и ШН/ (отличающихся от остальных изученных четно - четных ядер мультиполь-ностью каскадных переходов) предполагает, что значение Т также зависит от структуры возбуждаемых в реакции (п, 7) компаунд - состояний. Мерой "одночастичности" для этих состояний может служить

отношение приведенной нейтронной ширины к ее среднему значению < Г° >.

Рис 6. Зависимость значения наиболее вероятного периода эквидистантности от атомного веса изученных ядер: п - четно - четные ядра о - четно - нечетные ядра с < >> 1 х - четно - нечетные ядра с ТЦ < >< 1 + - ядра шЕг и 180Я/

Гладкими линиями соединены минимальные и максимальные значения.

С теоретической точки зрения наблюдаемая эквидистантность в энергетических распределениях интенсивности каскадов могла бы быть топята (чисто качественно) в рамках Модели взаимодействующих бозонов, как интенсивное возбуждение каскадными переходами уровней вдер, отличающихся друг от друга по своей структуре только числом

фононов. При этом следует предположить, что наличие фонона, энергия которого порядка 0,5-1,0 МэВ, не изменяет существенно величину матричного элемента первичного и вторичного переходов каскадов, если эти каскады возбуждают промежуточные уровни одинаковой структуры, отличающиеся числом таких фононов.

В заключении дается краткая характеристика работы и приводятся ее основные результаты.

Работы, положенные в основу диссертации.

1. Бонева С.Т., Васильева Э.В., Войнов A.B. и др. Схема 7-раепада компаунд-состояния 146Nd из реакции 145Nd(n,2y) на тепловых нейтронах // Изв. АН СССР. Сер. Физ. - 1989. - Т.53. - С.2401-2406.

2. Бонева С.Т., Васильева Э.В., Войнов A.B. и др. Интенсивные двухквантовые каскады и схема распада компаунд-состояния 17ЛУЬ // Изв. АН СССР. Сер. Физ. - 1989. - Т.53. - С.2092-2105.

3. Васильева Э.В., Войнов A.B., Кестарова О.Д. и др. Двухквантовые каскады захвата тепловых нейтронов в 14<JSr/i // Изв. РАН. Сер.физ. - Т.57, N9. - 1993. - С.128-138.

4. Васильева Э.В., Войнов A.B., Кестарова О.Д. и др. Каскадный 7 - распад компаунд - состояния 156Gd // Изв. РАН. Сер.физ. - Т.57, N10. - 1993. - С.98-108.

5. Васильева Э.В., Войнов A.B., Кестарова О.Д. и др. Интенсивные двухквантовые каскады и схема распада компаунд - состояния

// Изв. РАН. Сер.физ. - Т.57, N10. - 1993. С.109-118.

6. Ali M.A., Bogdzel A.A., Ivhitrov V.A., Kliohiov Yu.V., ... Vojnov A.V. et al. Intense two - step cascades of 158GVi compound - state decay: JINR communication. - Dubna, 1991. - E3-91-428. - 22p.

7. Васильева Э.В., Воинов А.В., Кестарова О.Д. и др. Возможная эквидистантность энергий возбуждения промежуточных уровней интенсивных 7 - каскадов // Изв. РАН. Сер.фнз. - Т.57, N9. - 1993. -С.118-127.

8. Boneva S.T, Sukhovoj A.M., Kliitrov V.A, Vojnov A.V. Intensities of two - quanta cascades at different excitation energies of compound nuclei uaNd, ™Yb and mW // Z.Pliys. - A338. - 1991. - P.319-323.

9. Васильева Э.В., Воинов А.В., Кулик В.Д. и др. Методика нестатистического поведения радиационной силовой функции при захвате тепловых и резонансных нейтронов. // Ядерная Физика. - 1993. - T.5G. - С.13-22.

Рукопись поступила в издательский отдел 4 февраля 1994 года.