Взаимодействие альфа-частиц с ядрами олова в диапазоне энергий 13-27 МэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

#'п '11 9 7

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

.Валиц Хамиц Хвмза

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЬФА-ЧАСТИЦ С ЯДРАМИ ИЗОТОПОВ ОЛОВА В ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЯ 13 - 27 МэВ

Специальность 01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

Авторе Ф е р а т диссертации на соискание.ученой степени канчилата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1992

УР

у- г'.

Рвбота выполнена в отделе ядетшых реакций Научно-исследовательского института физики Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель

кандидат физико-математических нзук

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

Александр Евгеньевич Антропов

Александр Абрамович Пастернак Виктор Олегович Сергеев

Кандидат физико-математических неук Ведущая организация: Радиевый институт им. В.ГДлопина

Зашита диссертации состоится " Л6 " НСР&Р_1992 г.

в" ¡'?€>0 " часов на заседании Специализированного Совета Д.ОВЗ.57.14 по затите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт-Петербургском государственном университете /Санкт-Петербург, 199034, Университетская наб., 7/9 /, циклотронная лаборатория, зуд.302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан "_ /6 " 14£1992 г.

Ученый секретарь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В исследовании механизмов взаимодействия альфа-частиц с ядрами и, особенно, связи этих механизмов с характеристиками и природой ядерных состояний, участвующих в этом взаимодействии, цо сих пор остается много нерешенных проблем.

К таким проблемам относится, например, оценке влияния конкуренции различных каналов реакций с эльфа-частицами на величину сечений реакций по какому-либо кэналу. Слабо изучены вопросы, связанные с заселением ядерных состояний определенной природы, например, изомерных состояний. Использование различных моделей и теорий для количественного описания сечений реакций под действием альфа-частиц требует получения новых экспериментальных данных об энергетической и изотопической зависимостях параметров этих моделей и теорий.

Именно этим,актуальным вопросам и посвятеня данная диссертация, в которой представлены экспериментальные данные по сечениям целого ряда реакций, вызываемых альфа-чястииэми при взаимодействии их с ядрами пяти изотопов олова в области энергий альфа-частиц 13 - 27 У.эВ, и проведен их анализ в рамкзх различных моделей.

Цель работы.

1. Измерения Функций возбуждения реакций, вызываемых альфа-частицами в энергетическом интервале 13 - 27 МэВ при их взаимодействии о ядрами изотопов 124 5я .

2. Измерения энергетических зависимостей изомерных отношений в каналах слепучпшх реакций:

//6 5я и.л.). "Чп. и.рп). "?Ьп и. ¡>Л) "Ъп. и,/>) /'*£п-Ы,/ъ), /р Ь.п. (с/уО/г ), 5/г. () , (сс'/э/г.).

3. Анализ полученных экспериментальных данных по функциям возбуждения и энергетическим зависимостям изомерных отношений в рамкзх'оптической модели, и статистической теории.

Научная новизна работы. Значительная честь экспериментальных данных по сечениям реакций, полученных в работе, являются новыми. Так, впервые получены значения сечений реакций:

для 11 во. - («¿./О-в области Е«. = 13 - 20 МэВ (¿.р) ъ области = 13 - 23 МэВ

(¿Рп)в области Ел = '24 - 27 ЫзВ

117'"

для в области Е* = 23 - 26 МэВ

(«£ <?л) в области Е* = 17.5 - 21 МэВ

Для -&'/>/>) В области Е* = 22 - 27 МэВ,

Также новыми являются денные по энергетическим зависимостям изомерных отношений в реакциях ^¿л-Ц/"?) для Е* = 24 - 27 МэВ, Для Е^ = 17.5 - 21 МэВ, и\*1. (¿,/>) для = 23 -26 МэВ, 1186л Мдля = 22 - 24 МэЗ, 1205/г а^л) для Е^ = 22 - 27 МэВ, 124.5г для Е^ = 22 - 24 МэВ.

Впервые проведен анализ функций возбуждения реакций, вызываемых альфа-частицами при взаимодействии их с ядрами изотопов олова в указанном энергетическом интервале по статистической теории в рамках программы СОМРА.

Практическая ценность работы. Полученные значения сечений реакций и изомерных отношений, в диапазоне энергий налетающих альфа-частиц 13 - 27 МэВ существенно дополняют объем имеющихся экспериментальных данных по взаимодействия альфа-частиц с ядрами.

Они могут быть использованы для дальнейшего изучения взаимодействия альфа-частиц с ядрами, а также в паботах по радиационному материаловедению.

Проведенный анализ экспериментальных денных поквзал, что основным механизмом исследованных реакций является статистический. Выявлена степень согласия расчетных и экспериментальных данных при использовании в расчетах как различных значений параметров оптического потенциала, так и параметров, характеризующих ирасг-полосы и плотности состояний конечных ядер.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международных совещаниях по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра Динск, 1991 т., Алма-Ата, 1992 г./ и опубликованы в соответствующих тезисах докладов. Результаты работы неоднократно докладывались на научных семинарах отдела ядерных реакций БШФ СПбГУ.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Экспериментальные данные по функциям возбуждения реакций

И аНЙРГеТКЧПОКИМ ЯЯЙИПИМГХТГИМ ИЧПИПШШУ птоппюиий -п тчоаичтмсгг

/подчеркнуто/:

- (¿ ^ ,(. К /°>.

117 -

118 -

120 - С/.ДГ. и.рп).

124 ■ (¿./г)". .

2. Результаты анализа по оптической модели полных сечений изученных реакций, а также, анализа функций возбуждения этих реакций и энергетической зависимости изомерных отношений в рэмках статистической теории ядерных реакций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списке литературы с 60 наименованиями. Она содержит 140 страниц машинописного текста, рисунков и таблиц,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обосновывается актуальность исследований, кратко формулируется цель работы, даются сведения о научной и практической значимости работы, а так^е о структуре диссертации и ее объеме.

Б пепво^ главе дается описание некоторых теоретических методов анализа взаимодействия частиц с ядрами, использованных в цанноЯ работе. Излагечтся вопросы, связанные с оптической модель*) и применением ее для анализа взаимодействия с ядрами нуклонов и более сложных частиц. В частности, обсукдаются неоднозначности значений параметров оптических потенциалов и возможные пути их устранения. Приводятся значения параметров оптического потенциала, использованные для расчетов в данной работе.

В этой глава дается та юге описание статистической теории ядерных реакций. При этом уделяется большое внимание вопросам, связанным с оценкой плотности .уровней ядер, играющей существенную роль при расчетах сечений реакций в рамках этой теории.

В главе кратко описывается использованный в работе теоретический метод анализа изомерных отношений.

Во второй главе приводятся сведения о методе активацион-

лого анализе, использованного для определения значений сечений и изомерных отношений.

Рассматриваются различные случаи распада конечных ядер в данной реакции и приводятся формулы для определения числа гамма-квантов, регистрируемых детектором:

1. Независимый распад конечного состояния.

к гйТ" (/ е (е '

Здесь число зарегистрированных гаша-квангов,

О. - число ядер исследуемого изотопа на 1 см2 мишени,

б' - сечение реакции, 7. - поток налетающих частиц, г?е - заряд электрона, Л - постоянная распада, I'р - число гамма-квантов на распад дасра, ^ - эффективность детектора, ¿а - время облучения мишени,

- время охлаждения мишени,

^г - время изменения активности.

2. Распад генетически связанных конечных состояний /например, основного и изомерного е'т/.

Здесь - число зарагестрированных гамма-квантов из

распада основного состояния, ¿7^1 - сечение образования основного состояния,

- сечение образования изомерного состояния, Д/ - постоянная распада основного состояния, Л-т- _ постоянная распада изомерного состояния,

. - доля переходов из изомерного состояния в основное,

- число гамма-квантов'«« расист; ¿сьивниго состояния.

3. Независимый распэд основного и изомерного состояний с испусканием гамма-квантов с одинаковой энергией из распада одного и того же конечного состояния.

л?? _ [- 5/ А?гЗ

' Г^-ли ¿в, 4т, - БгА^Л Здесь в, = Д^-^г //¿-т, - из первого измерения,

5г - Л^-рг. * - из второго измерения,

А, - (^е-^)е^Г'-е^') / Ат -ГА¿>т*')?я4'0-е"'<)

В этой же главе даются сведения о комплексе экспериментальных установок, использованных в работе. Этот комплекс включал циклотрон У-120, ускорявший альфа-частицы до Е^ = 27.0 МэВ, изохронный циклотрон МГЦ-20 с ускорением альфа-частиц до

= 20.4 МэВ, а тзкке камеры реакций и измерительную аппаратуру Изменение энергии налетающих на мишень частиц осуществлялось подбором алюминиевых фильтров, обеспечивающих изменение энергии алъфэ-чзстиц циклотрона У-120 шагами величиной ~~ 1 МэВ.

В качестве мишеней использовались тонкие металлические сз-

о

моподдерхиваюшиеся Фольги толщиной ~ 0.5 мг/см , обогвшенные исследуемым изотопом. Степень обогащения была следующей: 1165/7 - 987., 117<5п. _ 92,855, 118^л - 98.7/,, 120 $л.- 97.955, 12451 - 97.5$.

После облучения мишеней проводились измерения гемма- и рентгеновских лучей при помогай гамма-спектрометров сбеСЬ) детектором и энергетическим разрешением ~ 2.5 КэВ для 1238 КэВ, а также рентгеновских спектрометров с детекторами из 5/'<7' ) и высокочастотного германия.

В главе кратко описывается использованная, в измерениях система накопления информации и обработки спектров.

Заключительная часть глэвы посвятена вопросам определения погрешностей в полученных значениях полных сечений и изомерных отношений. Эти погрешности составляли 15 - 20# для значений сечений реакций и 10 - 15$ для изомерных отношений.

В третьей главе представляются экспериментальные данные в табличной форме, полученные в настоящей работе: в разделе 3.1 -

для изотопа 65/г , в 3.2 - 117 $/г , в 3.3 - 118 5п, в 3.4 - 120Я 1 см

в 3.5 - 5л. В каждом из разделов даются схем распаде конеч-

ных ядер, таблицы значений энергии и интенсивности изученных гамма-лучей, периодов полураспаде этих ядер, сечений реакций и изомерных отношений.

В квчестве примера на рисД представлены полученные в работе энергетические зависимости изомерных отношений для реакций 1165л ^я) 119Те, 119Те и 1186л ^д) 121 Те.

6у

,,6$пМ I

.1

2

V

10

20

Ю

20 Ел, Мэб

Ю

20

РисД. Энергетические зависимости изомерных отношений.'

В четвертой главе проводится сравнение полученных в данной работе экспериментальных результатов с имеющимися литературными данными. В целом, нвбтодается согласие между ними, но имеются и. значительные /до/2-х раз/ расхождения. Так, значения изомерных отношений в реакции Е^ - 23 МэВ превнгаагст в 2 раза

значения, полученные в работе /1/. В данной главе обсуждаются возможные причины этих расхождений.

Проводится внэлиз знвчений полных сечений реакций на ряде изотопов по оптической моцеяи. Расчеты проведены с использованием знвчений параметров оптического потенциале, известных из литературы. Результата расчетов с разными потенциалами показывают, что расчетные значения полных1сечений,'примерно, в 1.7 раза ' выше экспериментальных значений. Согласование расчетных и экспе-риментельНых значений полных сечений требует существенного уменьшения мощности, мнимой, части потенцияля, тго »лудшает качество

0ПИС8НИЯ упругого р-со.иякия 8ЛЬ$8-Ч0ОТИЦ.

В данной главе проводится также сравнение полученных экспериментальных данных по Функциям возбуждения и энергетической зависимости изомерных отношений с результатами расчетов", проведенных в ремквх статистической теории по программе СШРА,

Форма функций возбуждения реакций (¿,пЛ и удовлетво-

рительно описьгаается в расчетах, использующих значения параметров плотности уровней ядер из известных систематик этих значений, а также известные из литературы сведения о параметрах ираст-по-лос в конечных ядрах. Расчетные и экспериментальные величины сечений в данных реакциях могут быть согласована при введении фактора нормировеи ~ 1.7, как и в случае согласования значений полных сечений.

Роль выбора значений параметров ираст-пояоса для оценки сечений и изомерных отношений исследуется на примере анализа взаимодействия альфа-частиц с ядрами 1245* . Показывается, что эти значения существенно влияют на определение величин параметров плотности уровней, обычно извлекаемых из анализ'а функций возбуждения и энергетической зависимости изомерных отношений. Пример подобных расчетов для реакции (¿,п) представлен на рис.2.

Сопоставление результатов эксперимента и расчетов по программе СОМРА сечений реакций с вылетом заряженных частиц при взаимодействии эльфа-частиц с ядрами изотопов олова оказывается затруднительным из-за малой величины сечений изученной области энергий альфа-чзстиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В заключении кратко формулируются основные результаты, полученные в данной работе:

1. В интервале энергий альфа-частиц 13 - 27 МэВ измерены следующие 14 функций возбуждения:

для -и.п > , и. гл ) , и. р) , и. ргг) ¡ для 117¿п. - ^ ■

и, 2п), и,/°) : для П%/7 - (¿,п) , ДЛя 1205" - <4 п) ,

для Х2Чп - и./> ), и,уОГ7)> и а/п-Т:

1500

<000

soo

500

250

HBSB(d,«)<'9Tt 600 ; 400 200 J V? . , ........ , V А /' V f . 1 . . . , 1 . . . , 1 r . . .

U> Ä 20 iS w • /*\ 50 /"V 15 SO 25 ms», (rt,n)«"Ttm А 1 i 1 l i 1 > 1 1 i ,>i , .,„ , .

Еы, Maß

Рис.2. Реакциил) не ядрах 116• 118 • 120• 124S*. . } Экспериментальные результаты,—расчеты по программе COMP

2. 3 указанном выше интервале значений энергий альфа-частиц измерены энергетические зависимости изомерных отношений для 8-ми реэкций:

£16&г U.п.) 119те, ш'6п.«/>*> 118Si « 2п) И9Те

117 U Ы.Р) 120S*. I18 п.) .121^ " ? ~ '

120¡пи^л 124^^)126^;

3. Проведены расчеты по оптической модели полных сечений

юакций о использованием различных значений параметров оптичес-:их потенциалов.

4. Проведены расчеты функций возбуждения и энергетической ¡ависимости изомерных отношений в рамках статистической теории [опрограмме СОМРА. Показано, что главным механизмом изученных юакций в интервале энергий альфа-чэстиц 13 - 27 ЫэВ является '.татистический.

5. В расчетах по программе СОМРА исследовано влияние значений :эраметров ираст-полосн на извлекаемые величины сечений реакций.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

. Л.Е.Антропов, А.В.Смирнов, Взлид Хамяд, В.П.Гусев, А.А.Колок-вари, В.О.Кордпкевич, В.Л.Гируц, Функции возбуждения реакций, вызываемых альфа-частиц на изотопах олова /117,118,120,124/. Тезисы докладов Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра /Минск/. Л.гНаука, 1991, с.333. . А.Е.Антропов, Взлид Хамид, А.В.Смирнов, А.А.Коложвари, В.П.Гусев, И.П.Зарубин, В.О.Хордюкевич, В.Л.Гируц. Анализ функции возбуждения реакций, вызываемых эльфа-частиц на ядрах 116,117, 118,120,124^ при энергиях 13 - 24.4 МэВ. Тезисы докладов • Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра /Алма-Ата/. СПБ.: Наука, 1992, с.288. . А.Ё.Антропов, Валид Хамид, А.В.Смирнов, А.Л.Коложвэри, В.П. Гусев, П.П.Зарубин, Энергетическая зависимость изомерных отношений в реакциях 116St2. Ыл) 11ЭТе, 1175тг 2п) li9Te, 11Я 1

%nU.n) Те. Тезисы докладов Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра /Алма- Атэ/. СПБ.: Наука, 1992, с.290.

Литературе:

/1/. Бэтий В.Г., Скакун S.A. Физика атомного ядра и юментарншс частиц. К, 1983, с.134.