Реакции, идущие на ядрах 6,7 Li под действием протонов с энергией E p =12-48МэВ и α-частиц с Е α =94МэВ, и структура ядер с А=7-10 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Но

На правах рукописи

ЗУЕВ Сергей Викторович

Реакции, идущие на ядрах 6'7под действием протонов с энергией Ер = 12—48 МэВ и а-частиц с Еа = 94 МэВ, и структура ядер с А = 7— 10

01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук •

— '10 Ч

I ч/ с РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Москва — 1992

Работа выполнена в Институте ядерных исследований РАН

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, И. Я. Барит

доктор физико-математических наук, I А. М. Ясногородский

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Е.А.Романовский кандидат физико-математических наук, О.Ю. Горюнов

Ведущая организация

Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова

Защита состоится "¿¿¿" ом * 1992 г. в

_ / /

в /-Ь часов на заседании специализированного совета Д 003.21.01 Института ядерных.исследований РАН (117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 7а)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯИ РАН Автореферат разослан " <Я с/ " я н 4 >%- 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Б. А. Тулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Легкие ядра представляют собой удобные объекты для изучения прямых механизмов ядерных реакций и структуры ядер, так как содержат небольшое число нуклонов и »шеют ярко выраженную кластерную структуру. Представляет инте-эес исследование области высоких возбуждений относительно простых легких ядер с А<12, для которых в различных вариантах обо-ючечной модели и метода резонирующий групп предсказывается су-цествование состояний различной природы при энергиях вплоть до энергии полного развала ядра на свободные нуклоны. Такие состо-?ния могли бы проявиться как в спектрах заряженных частиц из эеакций под действием а-частиц на ядрах Li с образованием изотопов Be в конечном состоянии, так и в энергетической зависимо-:ти реакций (p,t) и (р,3Не) на 7 Li. Измерения спектров заряжен-шх частиц с достаточно хорошим энергетичесим разрешением отсутствуют из-за экспериментальных трудностей.

С другой стороны, имеются указания на прямой механизм реа-:ций (p,t) и <р,3Не) на 7Li при рассматриваемых энергиях. Одна-:о дифференциальные сечения этих реакций измерены лишь для отельных энергий в ограниченной области углов. Отсутствует ана-1из данных в рамках метода искаженных волн.

Цель работы:

- экспериментальное изучение в интервале энергий Ер=29~4* МэВ и области высоких возбуждений (30-60 МэВ) ядра 8Ве реакци! 7Шр, 1)5Ы и 7Шр,3Не>5Не ;

- теоретический анализ с использованием разработанных е настоящей работе вычислительных методик, угловых распределен^ указанных реакций, направленный на выявление их механизмов;

- проверка применимости метода искаженных волн для изучения механизмов ядерньх реакций, идущих на легких ядрах;

- экспериментальное исследование области высоких энергий возбуждения ( до 55 МэВ ) изотопов бериллия с А=7-10 в реакция*

Л *7

на ядрах ' Ы под действием а-частиц с энергией Еа=94 МэВ;

- проверка применимости различных теоретических подходов к описанию спектров легких ядер в области высоких энергий возбуждения.

Новизна, научная и практическая ценность работы.

Применена в экспериментах установка, позволяющая проводит! измерения угловых распределений сечений реакций на пучках протонов, дейтронов и а-частиц при низких и средних энергиях с использованием спектрометра длиннопробежных частиц высокого разрешения на базе детектора из особочистого германия, отличающег< ее среди систем такого типа и дающего ряд значительных преимуществ в экспериментах с заряженными частицами.

Измерены угловые распределения дифференциальных сечений реакций 7ШрД)51Л и 7Шр,3Не)5Не в области энергий Ер= 29-4£ МэВ при неисследованных ранее значениях энергий. Впервые прове-

|ено систематическое изучение механизма реакций 7ШрД)51Л. и

3 5

Шр, Не) Не в рамках метода искаженных волн в широком интер-але энергий. Изучен вклад различных прямых механизмов в эти «акции и роль их интерференции. При анализе измеренных угловых ^определений определены наборы параметров оптического потенци-ла для 1+51л и 3Не+5Не - взаимодействий.

Под несколькими углами с хорошим разрешением впервые изме-ены спектры заряженных частиц из реакций на ядрах б'7Ь1 под ействием а-частиц с энергией, достаточной для образования изо-опов бериллия с А=7-10 в возбужденных состояниях с энергией озбуждения выше 20-30 МэВ. Впервые получены экспериментальные анные о наличии высоковозбужденных состояний в легких ядрах плоть до энергий вблизи энергии развала ядер на свободные нук-оны.

Разработанные экспериментальные и вычислительные методики айдут дальнейшее применение для получения и анализа экспериме-тальных данных. Полученные в работе результаты используются в астоящее время другими авторами и могут быть полезными в даль-ейшем для развития теоретических представлений о природе высо-овозбужденных состояний и структуре легких ядер, о механизмах дерных реакций.

Апробация работу и публикации. Изложенные в диссертации езультаты исследований представлялись или докладывались на 311 Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного яда. Международном семинаре по ядерной физике {Киев,1990). Осно-ные результаты представлены в работах, список которых приве-ен в конце автореферата.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Работа изложена н, 121 странице, включая 22 рисунка, 11 таблиц и список цитируемой литературы из 79 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформул!* рованы цель и основные задачи, а также полученные результат! которые выносятся на защиту.

Первая глава посвящена изложению проведенного в работ экспериментального изучения угловых зависимостей дифференциаль ных сечений реакций 71л.(р,и5Ь1 и 7Шр,эНе)бНе .

Описана экспериментальная установка для измерения диффере нциальных сечений, способы определения энергии налетающих час тиц, абсолютизации сечений, проведен анализ ошибок измерений.

Для регистрации заряженных продуктов изучаемых реакций использовалась одна из традиционных методик разделения по заряд; и массе дЕхЕ. Применялись двух- и трехдетекторные телескопы.

Собственное энергетическое разрешение используемых полупроводниковых детекторов, определяемое по пику полного поглощения, составляло от 0,5% для дЕ до 1,5% для Е-детектора. Угловой захват детекторов составлял 0,75° с учетом размеров, пучка н< мишени.

Энергия пучка налегающих частиц определялась абсолютным » кинематическим методами с ошибкой менее 1%.

Статистические ошибки измеренных дифференциальных сечений оставляли от 2 до 5% при точности абсолютизации сечений менее 2-15%.

В результате выполненных экспериментов получены угловые ависимости дифференциальных сечений реакции 7ШрЛ)51Л. при нергиях £р= 29,1 , 35 и 47,8 МэВ и реакции 7Шр,3Не)5Не при = 29,1 , 35, 40,5 и 44,6 МэВ 8 диапазоне углов от 10° до 10° (рис.1).

Во второй главе рассмотрен метод искаженных волн в приближении нулевого радиуса взаимодействия. В рамках этого метода рассмотрены различные прямые механизмы ядерных, реакций, такие сак кластерный и двухчастичный подхват. С учетом спин-орбиталь-юго взаимодействия рассмотрена интерференция различных механиков и возможность извлечения при анализе экспериментальных уг-ювых распределений информации о вкладе в реакцию различных ме-санизмов и моментов передаваемых частиц.

Проведен обзор имеющихся в литературе экспериментальных

7 с а ||

¡анных по реакциям1 1л(рД) Ы и 1л(р, Не) Не и существующих |редставлений о механизмах реакций двухчастичной передачи. Од-ювременно рассмотрены методы и результаты анализа экслеримен-альной информации.

Из обзора следует, что имеется малое число угловых распре-¡елений этих реакций и лишь в ограниченном интервале углов, .нализ проводился только для реакции 711(р,051Л. в рамках воровского приближения с плоскими волнами. Недостаточно хорошее писание экспериментальных распределений привело к выводу о не-

Рис.1. Угловые зависимости диифференциальных сечений реакций 7ШрД)51Л (а) и 711(р,3Не)5Не (6): черные точки - экспериментальные значения, полученные в настоящей работе, светлые - из работ других авторов, сплошные линии - расчет на основе БУВА.

обходимости включения в рассмотрение нескольких передаваемых моментов и более сложных механизмов реакции, таких, например, как двухступенчатый подхват, а также к" необходимости рассмотрения реакции в оамках метода искаженных волн.

В настоящей раооте в рамках диаграмного подхода рассмотрены возможные механизмы реакций 71л(р,и51л. и 7Шр,3Не>5Не, среди которых наиболее вероятными являются кластерный и двухчастичный подхват, а также замещение. Измеренные угловые распределения данных реакций сравнивались с расчетами в рамках метода искаженных волн в предположении прямых механизмов кластерного и двухчастичного подхвата. Расчеты выполнены "с использованием программы ВУЛ!СК-4 и разработанной нами программы ШТЮТ, позволяющей извлекать при сравнении расчетных и экспериментальных данных информацию о вкладах отдельных механизмов в реакцию с учетом их интерференции и спин-орбитального взаимодействия.

Так как в литературе отсутствуют данные по оптическому по-

5 3 5

тенциалу для описания взаимодействия 1+ 1л и Не* 1л, то наборы параметров оптических потенциалов были получены из условия наилучшего описания имеющихся экспериментальных данных по реакциям 7ШрД)5И и 7Шр,3Не)5Не .

В рамках метода искаженных волн получено хорошее описание угловых распределений вышеуказанных реакций в широком диапазоне энергий (рис.1). Отмечается применимость указанного подхода для изучения механизмов ядерных реакций, идущих на легких ядрах, и важность одновременного рассмотрения нескольких прямых механизмов. При этом согласия удается достичь, вводя радиус обрезания, величина которого сравнима с размерами ядра.

В главе приводятся полученные данные об относительных вкладах в реакции 7ШрД)51л и 7Шр,3Не)5Не механизмов кластерного и двухчастичного подхвата для различных передаваемых моментов, а также указвается на значительную роль интерференции этих механизмов.

В третьей главе дается обзор имеющихся литературных данных о теоретических и экспериментальных указаниях на возможность существования высоковозбужденных состояний в легких ядрах в области энергий возбуждения 25-60 МэВ.

На основе анализа энергетической зависимости коэффициентов разложения по полиномам Лежандра угловых распределений реакций

ч 7 *7 ^ «7 'Ч ^

1л(р,п) Ве, ЬКрД) Ы и Шр, Не) Не сделан вывод о возмож-

л

ности существования у ядра Ее возбужденного уровня или группы

уровней в области высоких энергий возбуждения Ех=30-50 МэВ.

Приводится описание спектрометра длиннопробежных частиц на

базе телескопа с детектором из особочистого германия для регис-

6 ?

трации спектров заряженных частиц из реакций на ядрах ' Ы под действием а-частиц с энергией Еа=94 МэВ с образованием изотопов бериллия с А=7-10 в возбужденных состояниях с Ех=0-55 МэВ. Собственное энергетическое разрешение спектрометра составляло не более 160 кэВ.

Описаны методики измерения и обработки спектров и их статистического анализа.

Получены данные о наличии высоковозбужденных состояний в легких ядрах в области энергий возбуждения вплоть до энергий вблизи энергии развала ядер на свободные нуклоны (рис.2).

В заключении формулируются основные результаты, полученные в настоящей работе при экспериментальном изучении области высоких возбуждений изотопов бериллия с А=7-10 в реакциях 7Шр,п)7Ве , 7П(рД)5П , 71л(р,3Не)5Не и а+6,71Л , а также механизмов реакций 7И(рД)5Ц и 7Ь1<р,3Не)5Не :

1. Развита методика измерения и обработки спектров заряженных частиц из реакций с образованием ядер в высоковозбужденных состояниях с использованием спектрометра длиннопробежных частиц высокого разрешения на базе детектора из особочистого германия.

2. Впервые измерены с высоким энергетическим разрешением спектры заряженных частиц из реакций, идущих на ядрах 6'71д при взаимодействии ос-частиц с энергией Еа=94 МэВ:

6 7 7

а) из реакции ШосД) Ве с образованием ядер Ве в возбужденных состояниях с Ех= С-35 МэВ ;

Л О *? А

б) из реакций Ша,с1) Ве и ШаДГВе с образованием ядер

б

Ве в возбужденных состояниях с Ех= 16-49 МэВ ;

в) из реакций 61л(а,р)9Ве и 7Ша,<3)9Ве с образованием ядер 9Ве в возбужденных состояниях с Ех= 20-50 МэВ ;

г) из реакции 6Ц<а,р)10Ве с образованием ядер 10Ве в возбужденных состояниях с Ех= 38-52 МэВ.

3. Впервые получены экспериментальные данные, указывающие на существование ранее не наблюдавшихся высоковозбужденных сос-

«I» й А 1Л

тояний ядер Ве, Ве, Ве и Ве в области энергий возбуждения 20-55 МэВ.

4. Измерены угловые распределения дифференциальных сечений реакций 7Ы(р,1>511 и 7И(р,3Не)5Не при ранее неисследованных значениях энергий протонов в интервале 29,1-47,8 МэВ.

с«

и?

'В.

'в.

10

Вг

40

га

Рис.2. Схемы уровней, полученные в настоящей работе при экспериментальном изучении области высоких возбуждений изотопов бериллия с А=7-10. Сплошными и штриховыми линиями обозначены уровни, для которых вероятности статистических флуктуаций меньше соответственно 10 и 10 , х - обозначение известных уровней

ю

5. Получено хорошее описание экспериментальных данных по

3 7

сечениям реакций (рД) и (р, Не> на ядрах Li в широком интервале энергий в рамках метода искаженных волн с учетом механизмов кластерной и двухчастичной передачи и их интерференции; определены наборы параметров оптического потенциала взаимодействий t+sLi и 3Не+5Не.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Немец О.Ф.,Ясногородский A.M.,Осташко В. В., Поворозник О.М., Урин В.Н.,Барит И.Я.,Зуев C.B. Изучение угловых и энергетических зависимостей дифференциальных сечений ядерных реакций в области легчайших ядер // Основные результаты исследований, выполненных на изохронном циклотроне У-240 в 1980 г.Киев, 1982. - С. 20-24. - (Препринт / АН УССР. Ин-т ядерных исследований; КИЯИ-82-6).

2. Барит И.Я.,Гофман Ю.В.,Зуев C.B.,Немец О.Ф.,Осташко В.В., Поворозник О.М.,Урин В.Н.,Ясногородский A.M. Реакции на легких ядрах при энергии протонов 47,8 МэВ - Киев, 1980. - 12с. - (Препринт / АН УССР. Ин-т ядерных исследований; КИЯИ-80-9).

3. Барит И.Я., Зуев C.B., Немец О.Ф., Осташко В.В.,Поворозник О.М.,Урин В.Н.,Ясногородский A.M. Исследование,реакций 4He(p,d)3He, 6Li<p,ct)3He, 7Li(p,t)5Li// 31 Совещ!, по ядерн. спектроскопии и структуре атомн. ядра: Тез. докл. - Л.: Наука, 1981. - С. 337.

4. Немец О.Ф., Осташко В.В., Урин В.Н., Ясногородский A.M.,Барит И.Я., Бенецкий Б.Н., Зуев C.B. Измерение монохроматич-

ности выведенного пучка на изохронном циклотроне У-240// Техника ядерно-физического эксперимента на изохронном циклотроне У-240 в 1982г.- Киев, 1983.: - С. 17-19. - (Препринт / АН УССР. Ин-т ядерных исследований; КИЯИ-83-14).

5. Немец О.Ф.,Осташко В.В.,Поворозник О.М., Урин В.Н.,Ясного-родский A.M.,Барит И.Я.,Зуев C.B. Реакция 6Li(p,a)3He при энергиях 47,8-62,5 МэВ // Ядерно-физические исследования на изохронном циклотроне У-240 в 1982 г.- Киев, 1983. - С. 19 -24. - (Препринт / АН УССР. Ин-т ядерных исследований; КИЯИ-83-12).

6. Немец О.Ф., Осташко В.В., Поворозник О.М., Урин В.Н., Ясно-ногородский A.M., Барит И.Я., Зуев C.B. Исследование области возбуждений 45-57 МэВ ядра 7Ве в реакции 6Li(p,a)3He // Ядерная физика. - 1984. - Т. 40, Вып.1(7). - С. 43-46.

7. Барит И.Я., Зуев C.B., Ясногородский A.M. Механизм реакции

*7 S

Li(p,t) Li при энергии Ер=12-50 МэВ // 38 Совещ. по ядерн. спектроскопии и структуре атомн. ядра: Тез. докл. - Л.: Наука, 1988. - С. 276.

8. Барит И.Я., Зуев C.B., Симонов В.А., Ясногородский A.M. Резонансные состояния в области возбуждения 30-60 МэВ ядер 5 6

Li и Be // 38 Совещ. по ядерн. спектроскопии и структуре атомн. ядра: Тез. докл. - Л.: Наука, 1988. - С. 277.

9. Барит И.Я., Зуев C.B., Осташко В.В., Урин В.Н., Ясногородс-

7 с ч Л А

кий A.M. Реакции Li(p,t) Li и Li(p, Не) Не при энергии Ер=29-45 МэВ // 39 Совещ. по ядерн. спектроскопии и структуре атомн. ядра: Тез. докл. - Л.: Наука, 1989. - С. 283.

10. Барит И.Я., Зуев C.B., Осташко В.В., Урин В.Н., Ясногсродс-кий A.M. Взаимодействие протонов и дейтронов с ядрами 6 Li и

7 А

Li в области возбуждения 30-60 МэВ ядра Ве//Изв. АН СССР, сер. физ. - 1989. - Т. 53, № 12 - С. 2455-2459.

11. Барит И.Я., Зуев C.B., Симонов В.А., Немец О.Ф., Осташко В.В., Урин В.Н. Изучение области высоких возбуждений изотопов бериллия в реакциях 6'7Li+a при Еа=94 МэВ // 41 Совещ. по ядерн. спектроскопии и структуре атомн. ядра: Тез. докл. . - Л.: Наука, 1991. - С. 302.

Отпечатано на ротапринте с оригинала, представленного автором

Ф-т 60 х84/16 Уч.-изд.л.0,8 Заказ № 17999 Тираж 100 экз.

Издательский отдел Института ядерных исследований Российской Академии наук 113152, Москва, Загородное шоссе, д.10, корп.9