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

л

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

ЗУЕВ Сергей Викторович

Реакции, идущие на ядрах 6'7 Ы под 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

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте ядерных исследований РАН

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

И. Я. Барит

доктор физико-математических наук,

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ведущая организация - Институт атомной энергии

имени И. В. Курчатова

' совета

Д 003.21.01 Института ядерных исследований РАН (117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 7а)

С диссертаци " ""И РАН

А. М. Ясногородский

профессор Е. А. Романовский

кандидат физико-математических наук,

О.Ю.Горюнов

Автореферат

Ученый секретарь специализированного совета

!. А. Тулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Легкие ядра представляют собой удо-ные объекты для изучения прямых механизмов ядерных реакций и груктуры ядер, так как содержат небольшое число нуклонов и иеют ярко выраженную кластерную структуру. Представляет инте-эс исследование области высоких возбуждений относительно прос-*х легких ядер с А<12, для которых в различных вариантах обо-эчечной модели и метода резонирующий групп предсказывается су-эствование состояний различной природы при энергиях вплоть до чергии полного развала ядра на свободные нуклоны. Такие состо-<ия могли бы проявиться как в спектрах заряженных частиц из ?акций под действием а-частиц на ядрах Ы с образованием изо-5пов Ве в конечном состоянии, так и в энергетической зависимо-ги реакций (рД) и (р,3Не) на 7Ь1. Измерения спектров заряжен-/х частиц с достаточно хорошим энергетичесим разрешением отсу-ггвуют из-за экспериментальных трудностей.

С другой стороны, имеются указания на прямой механизм реа-1ИЙ (рД) и (р,3Не) на 7Ь1 при рассматриваемых энергиях. Одна> дифференциальные сечения этих реакций измерены лишь для от-?льных энергий в ограниченной области углов. Отсутствует ана-(з данных в рамках метода искаженных волн.

Цель работы:

- экспериментальное изучение в интервале энергий Ер=29-МэВ и области высоких возбуждений (30-60 МэВ) ядра 8Ве реакц! 7Шр, 1)51л и 7Шр,3Не)бНе ;

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

- проверка применимости метода искаженных волн для изуч< ния механизмов ядерных реакций, идущих на легких ядрах;

- экспериментальное исследование области высоких энерп возбуждения ( до 55 МэВ ) изотопов бериллия с А=7-10 в реакци; на ядрах 6,71Л под действием а-частиц с энергией Еа=94 МэВ;

- проверка применимости различных теоретических подходов описанию спектров легких ядер в области высоких энергий возбуа дения.

Новизна, научная и практическая ценность работы.

Применена в экспериментах установка, позволяющая проводи измерения угловых распределений сечений реакций на пучках пр( тонов, дейтронов и а-частиц при низких и средних энергиях с и* пользованием спектрометра длиннопробежных частиц высокого ра: решения на базе детектора из особочистого германия, отличающе1 ее среди систем такого типа и дающего ряд значительных преим; ществ в экспериментах с заряженными частицами.

Измерены угловые распределения дифференциальных сечеш реакций 7ШрД)51л и 7Шр,3Не)5Не в области энергий Ер= 29 МэВ при неисследованных ранее значениях энергий. Впервые пров<

>но систематическое изучение механизма реакций 71д(рД)51Л и л.(р,3Не)5Не в рамках метода искаженных волн в широком интерне энергий. Изучен вклад различных. прямых механизмов в эти •акции и роль их интерференции. При анализе измеренных угловых

определений определены наборы параметров оптического потенци-

5 3 5 !а для 1+ 1л и Не+ Не - взаимодействий.

Под несколькими углами с хорошим разрешением впервые изме-■ны спектры заряженных частиц из реакций на ядрах 6-7Ь1 под йствием а-частиц с энергией, достаточной для образования изо-пов бериллия с А=7-10 в возбужденных состояниях с энергией 'Збуждения выше 20-30 МэВ. Впервые получены экспериментальные нные о наличии высоковозбужденных состояний в легких ядрах лоть до энергий вблизи энергии развала ядер на свободные нук-ны.

Разработанные экспериментальные и вычислительные методики йдут дальнейшее применение для получения и анализа экспериме-альных данных. Полученные в работе результаты используются в стоящее время другими авторами и могут быть полезными в даль-йшем для развития теоретических представлений о приводе высо-возбужденных состояний и структуре легких ядер, о механизмах ерных реакций.

Апробация ра(^т" и публикации. Изложенные в диссертации зультаты исследований представлялись или докладывались на 31-Совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного яд, Международном семинаре по ядерной физике (Киев, 1990). Осно-ые результаты представлены в работах, список которых привел н в конце автореферата.

з

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вв< дения, трех глав, заключения и приложения. Работа изложена I 121 странице, включая 22 рисунка, 11 таблиц и список цитиру« мой 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 рабо экспериментального изучения угловых зависимостей дифференциал ных сечений реакций 7Ы(р,1)5Ы и 71Л(р,3Не)5Не .

Описана экспериментальная установка для измерения диффер нциальных сечений, способы определения энергии налетающих ча> тиц, абсолютизации сечений, проведен анализ ошибок измерений.

Для регистрации заряженных продуктов изучаемых реакций И( пользовалась одна из традиционных методик разделения по заря, и массе дЕхЕ. Применялись двух- и трехдетекторные телескопы.

Собственное энергетическое разрешение используемых пол: проводниковых детекторов, определяемое по пику полного поглощ« ния, составляло от 0,5% для дЕ до 1,5% для Е-детектора. Угловс захват детекторов составлял 0,75° с учетом размеров пучка > мишени.

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

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

В результате выполненных экспериментов получены угловые

7 5

висимости дифференциальных сечений реакции ЬКрД) Ы при ергиях Ер= 29,1 , 35 и 47,8 МэВ и реакции 71д(р,3Не)5Не при = 29,1 , 35, 40,5 и 44,6 МэВ в диапазоне углов от 10° до 3° (рис.1).

Во второй главе рассмотрен метод искаженных волн в при-1ижении нулевого радиуса взаимодействия. В рамках этого метода усмотрены различные прямые механизмы ядерных, реакций, такие 1К кластерный и двухчастичный подхват. С учетом спин-орбиталь-)го взаимодействия рассмотрена интерференция различных механи-юв и возможность извлечения при анализе экспериментальных уг->вых распределений информации о вкладе в реакцию различных ме-жизмов и моментов передаваемых частиц.

Проведен обзор имеющихся в литературе экспериментальных

7 5 7 3 5

[Иных по реакциям 1л(р,0 1л и ЬКр, Не) Не и существующих •едставлений о механизмах реакций двухчастичной передачи. Современно рассмотрены методы и результаты анализа эксперимен-льной информации.

Из обзора следует, что имеется малое число угловых распре-лений этих реакций и лишь в ограниченном интервале углов.

7 5

ализ проводился только для реакции ЬКр, и Ы в рамках бор-вского приближения с плоскими волнами. Недостаточно хорошее исание экспериментальных распределений привело к выводу о не-

Рис.1. Угловые зависимости диифференциальных сечений реакций 7ШрД)5Ц (а) и 7Шр,3Не)5Ие (б): черные точ-

ки - экспериментальные значения, полученные в настоящей работе, светлые - из работ других авторов, сплошные линии - расчет на основе ВУВА

б

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

В настоящей раооте в рамках диаграмного подхода рассмотрены возможные механизмы реакций 71л(р,051д и 71л.(р,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 БУиСК-4 и разработанной нами программы ШТЕИГ, 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 потенциалу для описания взаимодействия 1+51л и 3Не+51Л, то наборы параметров оптических потенциалов были получены из условия наилучшего описания имеющихся экспериментальных данных по реакциям 7Шр,05и и 71л(р,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 7Ц.(рД)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 7Ы(р,п)7Ве, 7Шр,1)5и и 7И(р,3Не)5Не сделан вывод о возможности существования у ядра 8Ве 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 регистрации спектров заряженных частиц из реакций на ядрах 6'7П 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 7Li(p,n)7Be , 7Li(p,t)5Li , 7Li(p,3He)5He и a+6'7Li , а также механизмов реакций 7Li(p,t)5Li и 7Li(p,3He)5He :

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 6'7Li при взаимодействии а-частиц с энергией Еа=94 МэВ:

а) из реакции 6Li(a,t)7Be с образованием ядер 7Ве в возбужденных состояниях с Ех= С-35 МэВ ;

б) из реакций 6Li(a,d)öBe и 7Li(a,t)öBe с образованием ядер

g

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

в) из реакций 6Li(a,p)9Be и 7Li(oc,d)9Be с образованием ядер 9Ве в возбужденных состояниях с Ех= 20-50 МэВ ;

г) из реакции 6Li(oc,p)10Be с образованием ядер 10Ве в возбу-гденных состояниях с Ех= 38-52 МэВ.

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

П Q Л 10

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

4. Измерены угловые распределения дифференциальных сечений реакций 7Li(p,t)5Li и 7Li(p,3He)5He при ранее неисследованных значениях энергий протонов в интервале 29,1-47,8 МэВ.

оа

п\

5:

щ*

'В*

Ее

<о

Ве

40

20

+

*

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

5. Получено хорошее описание экспериментальных данных по сечениям реакций (p,t) и (р,3Не) на ядрах 7Li 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+5Li и 3Не+5Не.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Немец О.Ф.,Ясногородский А.М.,Осташко В.В.,Г1оворозник 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)3h'e, 6Li(p,oc)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 облас-

*7 Л Л

ти возбуждений 45-57 МэВ ядра Be в реакции Li(p,a) Не // Ядерная физика. - 1984. - Т. 40, Вып.1(7). - С. 43-46.

7. Барит И.Я., Зуев C.B., Ясногородский A.M. Механизм реакции 7Li(p,t)5Li 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 sLi и 8Ве // 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., Ясногородский A.M. Реакции 7Li(p,t)5Li и 7Li(p,3He)5He при энергии Ер=29-45 МэВ // 39 Совещ. по ядерн. спектроскопии и структуре атомн. ядра: Тез. докл. - Л.: Наука, 1989. - С. 283.