Гамма-розпад ізобар-аналогових резонансів у ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківский національний університет ім. В.Н. Каразіна

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

01.04.16 - Фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій

Гамма-розпад ізобар-аналогових резонансів у ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl

Водін Олександр Миколайович

Харків 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному науковому центрі “Харківський фізико-технічний інститут”, м. Харків.

Науковій керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Слабоспицький Ростислав Павлович, Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут”, Інститут фізики високих енергій та ядерної фізики, заст. директора.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Машкаров Юрій Григорович, Українська академія державного управління при Президентові України, Харківський філіал, професор;

доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Корда Володимир Юрійович, Науково-технічний центр електрофізичної обробки НАН України, завідувач відділу.

Провідна установа: Науковий центр “Інститут ядерних досліджень” НАН України (секція Вченої ради з ядерної фізики), м. Київ.

Захист відбудеться 05.12.2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64. 051. 12. Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна за адресою: 61108, м. Харків-108, пр. Курчатова 31, читальний зал бібліотеки № 5.

З дисертацією можна ознайомитись в Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України за адресою: 61077, м. Харків, майдан Свободи, 4.

Автореферат розісланий 03.11.2003 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради С. О. Письменецький

1. Загальна характеристика роботи

аналоговий резонанс розпад

Актуальність теми. Важливим джерелом інформації про зарядову інваріантність в ядрах є дані про ізоспінову чистоту ядерних рівнів, здобуті при дослідженні -розпаду ізобаричних аналогових резонансів (АР). У теперішній час в цьому напрямку активно досліджуються різни парціальні канали розпаду АР, дані про які необхідні для подальшого з'ясування ролі зарядової залежності ядерних сил у механізмі змішування станів за ізоспіном у ядрах, а також для вдосконалення мікроскопічної теорії атомного ядра.

Протягом тривалого часу припускали, що основною модою -розпаду ізобаричних аналогових станів (АС) в легких ядрах є М1-перехід в антианалоговий стан (ААС). Проте пізніше в низці прецизійних експериментів було встановлено, що в деяких ядрах переходи АС ААС значно уповільнені порівняно з одночас-тинковими оцінками. Для пояснення цих фактів було потрібно ввести до модельних уявлень нову ступінь свободи ядра стан типу поляризації остову (СПО). Детальні розрахунки, проведені за допомогою оболонкової моделі з різними ефективними залишковими взаємодіями, довели, що повна імовірність -розпаду АС в непарних ядрах з 21 А 41 розподіляється між М1-переходами в ААС та СПО. Цей висновок виявився достатнім для інтерпретації радіаційних ширин розпаду АР, відомих в той час в цій області масових чисел ядер. Проте в експериментах останніх років у легких ядрах виявлено ізовекторні -переходи, які не знайшли свого відбитку в існуючих теоретичних підходах. До них, перш за все, належать такі як: Е1-, l-заборонені М1-переходи і -переходи між компаунд-станами, при яких ізоспін T> = T0 + 1/2 початкового та T< = T0 - 1/2 кінцевого станів ядра змінюється на одиницю (T0 - ізоспін остову ядра).

У теперішній час в модельному описі Е1-радіаційних ширин розпаду АС для навколомагічних ядер з А > 40 досягнутий значний прогрес. У зв'язку з цим являє особливий інтерес експериментальне дослідження Е1-розпаду АС для ядер 1d2s-оболонки 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl, для яких можливий адекватний опис Е1-ширин АР в рамках існуючих теоретичних уявлень через те, що за конфігурацією такі ядра відповідають заповненню різних 1d5/2 -, 2s1/2 - та 1d3/2 -підоболонок. Інша ситуація склалась для l-заборонених М1-переходів з T = T> - T< = 1 в легких ядрах, для яких практично відсутні експериментальні дані та систематичні теоретичні розрахунки, що пояснюють механізм зняття l-заборони. Викликають інтерес дослідження -переходів між високозбудженими компаунд-станами ядер, які є складними за структурою, і в імовірність -переходу між ними може давати внесок будь-яка компонента хвильової функції. Зрозуміло, що вивчення вище названих -переходів потребує критичної оцінки експериментальних даних про імовірності М1-переходів між АС та ААС і СПО у непарних ядрах 1d2s-оболонки.

Таким чином, важливою і актуальною виявляється задача проведення комплексних досліджень -розпаду аналогових станів у ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl із застосуванням всебічного аналізу даних, що дозволить виявити загальні закономірності розпаду АР в широкій області масових чисел ядер.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові результати, що лягли в основу дисертації, здобуті при виконанні планових бюджетних тем ННЦ ХФТІ за програмами: “Програма робіт з атомної науки і техніки ННЦ ХФТІ до 2000 року”, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.93. № 558; “Програма проведення фундаментальних досліджень з атомної науки і техніки ННЦ ХФТІ до 2005 року”, затвердженої розпорядженням Кабінету Міністрів України від 13.09.2001. № 421-р.; проекту Державного фонду фундаментальних досліджень № 2.4/416 (шифр “М1-резонанс”). У виконанні перелічених тем дисертант брав участь як відповідальний виконавець.

Мета та основні задачі дослідження. Основна мета роботи - з'ясувати структуру високозбуджених одночастинкових станів та властивості ізовекторних -переходів в ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl. Здійсненню мети дослідження сприяли такі сформульовані та розв'язані задачі:

забезпечити технічну базу для проведення експериментальних досліджень;

виміряти функції збудження реакцій 22Ne, 26Mg, 30Si, 34, 36S(р,)23Na, 27Al, 31P, 35, 37Cl в області АР та визначити їх абсолютні виходи;

виміряти -спектри, побудувати схеми розпаду АР та дістати значення коефіцієнтів гілкування b();

виміряти кутові розподіли -променів, що виникають при розпаді АР та установити найбільш імовірні значення спіну J станів та параметра змішування за мультипольностями у прямих -переходах;

обчислити величини приведених імовірностей ізовекторних -переходів, використовуючи знайдені дані про парціальні -ширини Гi розпаду АР;

порівняти знайдені результати з теоретичними розрахунками, що описують властивості АР.

Об'єкт дослідження - структура одночастинкових станів ядер1d2s-оболонки.

Предмет дослідження - властивості електромагнітних -переходів в ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl, що пов'язані з ізобар-аналоговими резонансами.

Методи дослідження. Для забезпечення технічної бази експериментальних досліджень розроблено спектрометри заряджених частинок і -квантів, мішені та метрологію вимірювань. За допомогою методу радіаційного захоплення протонів ядрами виміряні функція збудження, -спектри та кутові розподіли -променів, аналіз яких проводився методом найменших квадратів та критерію 2. Для аналізу знайдених експериментальних даних про імовірності -переходів В(М1) застосовано багаточастинкову модель оболонок із залишковою взаємодією типу поверхневих -сил, сил Куо-Брауна, модель Нільсона, оптико-оболонкова модель (мікроскопічний підхід).

Наукова новизна знайдених результатів.

Уперше здобуто дані про диференціальні перерізи реакції 36S(р,)37Cl в області енергії протонів Ep = 1840 3060 кеВ та 36S(р,p)36S навколо аналогових f7/2 - і p3/2 - резонансів при Ep = 1880 1900 і 2540 2560 кеВ, відповідно.

Експериментально виявлені нові збуджені стани в ядрі 37Cl, встановлені схеми -розпаду резонансних рівнів в ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl, визначені їх квантові характеристики та матричні елементи прямих -переходів.

Уперше ідентифіковані та отримані дані про -розпад АР в ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35Cl, які є ізобаричними аналогами материнських рівнів ядер 23Ne з Е* = 1.017 (J = 1/2+), 1.702 (7/2+), 1.823 (3/2+), 2.517 (5/2, 7/2)+ МеВ; 27Mg з Е* = 1.698 (5/2+), 1.940 (5/2+), 3.427 (1/2+) МеВ; 31Si з Е* = 1.695 (5/2+), 2.789 (3/2, 5/2)+ МеВ; 35S з Е* = 1.572 (1/2+), 2.939 (3/2+), 3.421 (5/2+) МеВ.

У ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl експериментально виявлено систематичне уповільнення швидкості -переходів АС ААС в порівнянні з одночастинковими розрахунками, що обумовлено внеском колективних ефектів в формування повної радіаційної ширини розпаду АР.

Уперше в ядрах 27Al, 31P і 37Cl ідентифіковані стани типу поляризації остову, для яких отримано дані про енергію збудження та імовірності -переходів АС СПО.

Уперше виявлено тонку структуру аналогових d3/2 -, d5/2 -, р3/2 - та f7/2 - резонансів та фрагментацію відповідних антианалогових станів в ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl.

Уперше здобуто експериментальні дані та виявлені емпіричні закономірності для E1-, l-заборонених М1-переходів з T = 1 і -переходів між компаунд-станами в непарних ядрах 1d2s-оболонки.

Уперше експериментально оцінена константа ізоспін-ізоспінової взаємодії квазічастинок на підставі здобутих даних про енергію розщеплення АС та ААС у ядрах з А < 40.

Практичне значення знайдених результатів. Проведені дослідження збагачують наші знання про структуру збуджених станів та про властивості електромагнітних переходів в непарних ядрах 1d2s-оболонки. Здобуті результати можна застосувати для аналізу і подальшого розвитку теоретичних моделей опису властивостей АР, а також для планування експериментальних досліджень структури АР в області ядер 1р- та 1f 2p-оболонок. Знайдені в дисертації дані про абсолютні виходи реакцій (р,) важливі для підприємств атомної енергетики і можуть бути заведені до міжнародних баз ядерних даних, створених в провідних ядерних центрах світу.

Особистий внесок здобувача. В роботі [11] автором розроблена конструкція спектрометричної установки, яка дає змогу одночасно проводити реєстрацію заряджених частинок 4-ма поверхнево-бар'єрними Si(Au)-детекторами. Підготовлено відповідні методики обробки та аналізу даних з непружного розсіяння протонів ядрами з нульовим спіном. Створена система охолодження детекторів, яка поліпшила їх енергетичне розділення. В роботі [14] здобувачем проведений аналіз експериментальних даних з непружного розсіяння протонів на ядрі 36S в області Ер = 1880 1920 і 2540 2560 кеВ, де встановлено енергетичне положення 14 резонансів та оцінено їх протонні ширини Гр. У роботах [2, 3, 6, 8-10] дисертант визначив сили резонансів за даними про функції збудження (р,)-реакції. За допомогою виміряних -спектрів побудовані схеми розпаду резонансних станів і встановлені коефіцієнти гілкування для -переходів в ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl. У роботах [2, 3, 6, 9, 10] автор обробив кутові розподіли -променів із реакцій радіаційного захоплення протонів ядрами 26Мg, 30Si, 34, 36S, за допомогою яких встановив найбільш імовірні спіни станів та параметри змішування за мультипольностями в прямих -переходах. У роботах [2, 3, 6, 8-10, 12, 13] здобувач проаналізував дані з -розпаду АР в ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl і виявив ефект уповільнення швидкості одночастинкових М1-переходів між АС і ААС, обумовлений впливом СПО та гігантського М1-резонансу. У роботі [7] дисертант виявив загальні закономірності для одночастинкових Е1-переходів із Т = 1 для ядер з А < 40, які обумовлені віртуальним збудженням T> - і T< - компонентів гігантського Е1-резонансу в процесі -розпаду АР. Доведено, що E1-переходи, для яких зберігається відносна орієнтація спіну й орбітального моменту , виявилися більш інтенсивними порівняно з переходами із переворотом спіну. У роботі [5] автором сформульоване і розглянуто питання про l-заборонені М1-переходи типу T> T< в широкій області масових чисел ядер. Зроблено висновок про те, що оболонкові ефекти впливають на швидкість ізовекторних l-заборонених М1-переходів, і що вони здійснюються за рахунок домішки інших конфігурацій до початкового або кінцевого стану частинки, яка випромінює. Доведено, що колективні ефекти не повинні відігравати істотної ролі в знятті l-заборони, оскільки дані переходи спостерігаються в безпосередній близькості від заповнених оболонок. В роботі [4] здобувачем експериментально встановлено, що -переходами між компаунд-станами ядер є переходи типу М1, і має місце вибірковий характер в заповненні кінцевих компаунд-станів прямими -переходами. Проте в області ядер Z = 20 і N = 20 спостерігається аномальна зміна ієрархії мультипольностей -переходів: тут основними виявилися -переходи типу Е1 та Е2. У роботі [1] дисертантом проведений критичний огляд експериментальних та теоретичних результатів про -розпад АР у ядрах з А < 40, в якому висвітлено значення наукових здобутків автора. В роботах [1, 2] здобувач експериментально оцінив величину ізовекторної частини одночастинкового потенціалу V1 в ядрі та константу ізоспін-ізоспінової залишкової взаємодії квазічастинок на підставі даних про енергію розщеплення АС і ААС в ядрах з А < 40. Встановлено емпіричні закономірності для залежностей величин V1 та від масового числа А.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації, доповідались на 36 (Харків, 1986 р.), 38 (Баку, 1988 р.), 40 (Ленінград, 1990 р.), 41 (Мінськ, 1991 р.), 42 (Алма-Ата, 1992 р.), 43 (Дубна, 1993 р.), 44 (С.-Петербург, 1994 р.), 45 (С.-Петербург, 1995 р.), 46 (Москва, 1996 р.), 47 (Обнінськ, 1997 р.), 48 (Москва, 1998 р.), 49 (Дубна, 1999 р.), 50 (Дубна, 2000 р.), 51 (Саров, 2001 р.) і 52 (Москва, 2002 р.) Міжнародних нарадах по ядерній спектроскопії і структурі атомного ядра й опубліковані в матеріалах цих конференцій; на наукових семінарах ІФВЕЯФ ННЦ ХФТІ.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 статей в наукових фахових виданнях, а також 3 тези конференцій, перелік яких наведено наприкінці автореферату.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота містить вступ, п'ять розділів основного тексту з 27 рисунками і 6 таблицями, висновки, список використаних літературних джерел із 175 найменувань та додатки. Повний обсяг роботи - 154 сторінки; обсяг, що займають рисунки і таблиці, розташовані на всій площі сторінки, становить 2 сторінки, список використаних джерел міститься на 15 сторінках, додатки займають 22 сторінки.

2. Основний зміст роботи

У ВСТУПІ аналізується стан даної наукової проблеми на час початку роботи над дисертацією, обґрунтовується актуальність та доцільність роботи, формулюється мета і задачі дослідження, визначається зв'язок проведених досліджень із науковими програмами, указується на наукову новизну та практичну цінність здобутих результатів, подано апробацію дисертації. Викладено стислий зміст роботи по розділах.

У ПЕРШОМУ РОЗДІЛІ подано огляд літературних джерел про -розпад ізобар-аналогових резонансів в ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl.

У ДРУГОМУ РОЗДІЛІ наведено основні результати теорії резонансних ядерних реакцій та електромагнітного випромінювання, яке виникає при розпаді збуджених станів ядер. При дослідженні ізоспінової структури станів ядер були використані основні правила добору для -переходів, які випливають з припущень про зарядову незалежність ядерних сил. Обговорюється роль ізоспіну в електромагнітних переходах і проведено оцінки відносних величин ізоскалярної та ізовекторної частин в матричних елементах -переходів. Наведені вирази для хвильових функцій АС, ААС та СПО, які утворюються при взаємодії остову з ізоспіном Т0 і нуклону з ізоспіном t. Розглянуто переходи АС ААС за допомогою багаточастинкової моделі оболонок з залишковою взаємодією типу поверхневих -сил. Обговорюється можливість ідентифікації АР у реакції радіаційного захоплення протонів ядрами.

ТРЕТІЙ РОЗДІЛ присвячено опису експериментальної техніки, спектрометричного обладнання і методики обробки експериментальних даних. Дослідження виконані на електростатичному прискорювачі протонів Ван де Граафа ЕСП-4 ННЦ ХФТІ. Прискорені протони з енергетичним розкидом 400 еВ відхилялися на 90o аналізуючим магнітом і після проходження системи юстуючих діафрагм бомбардували мішень, встановлену під кутом 45o в камері розсіяння, яка була одночасно й циліндром Фарадея. Струм протонів на мішені складав 15 мкА, і через велику густину енерговиділення мішень охолоджувалась потоком води з високим напором. У експериментах застосовувалися ізотопні мішені 22Ne, 26Mg, 30Si та 34S, виготовлені методом “вбивання” іонів 22Ne+, 26Mg+, 30Si+ та 34S+ у танталову підкладку безпосередньо в електромагнітному сепараторі. Мішень 36S у вигляді сполуки Ag2S наносилася на підкладку з танталу або золота. Товщина всіх мішеней складала 2 4 кеВ при енергії протонів Ер = 1,2 МеВ.

Гамма-спектри реєструвались Ge(Li)-детектором об'ємом 70 см3 і енергетичним розділенням 3,0 кеВ для -ліній 60Co. Абсолютне калібрування спектрометра за ефективністю проводилась за допомогою стандартного набору ізотопних джерел ОСГД і за виходами -ліній з реакції 27Al(p,)28Si при Ep = 991,86(3) кеВ. Спектри заряджених частинок реєструвались одночасно чотирма поверхнево-бар'єрними Si(Au)-детекторами під кутами лаб = 167, 135, 120 і 90o відносно пучка протонів. Детектори охолоджувались до -30 С і мали розділення 9 12 кеВ при Ep = 2,0 МеВ.

Кутові розподіли -променів, які виникають при розпаді резонансних станів ядер 27Al, 31P і 35, 37Cl, вимірювались під кутами лаб = 0, 30, 45, 60 і 90o відносно напрямку пучка протонів, що налітають. Для моніторингу -випромінювання застосовувався інтегратор струму і додатково спектрометр на базі кристалу NaJ(Tl) розміром 150100 мм2. Цей самий детектор застосовувався для вимірювання функції збудження в (p,)-реакції. Досліди проводились на спектрометричному обладнанні, яке виконане в стандарті “ВЕКТОР-КАМАК” і працює в “лінію” з ЕОМ типу IBM PC 386.

У ЧЕТВЕРТОМУ РОЗДІЛІ наведені результати досліджень реакції радіаційного захоплення протонів ядрами 22Ne, 26Мg, 30Si і 34, 36S.

Функції збудження реакції 22Ne, 26Mg, 30Si, 34S(р,)23Na, 27Al, 31P, 35Cl вимірювались навколо аналогових резонансів; 36S(р,)37Cl - при Ер = 1840 3050 кеВ; 36S(р,р)36S - при Ep = 1880 1900 і 2540 2560 кеВ. Досліди проводились з різними порогами дискримінації енергії -квантів (Е > 2,61 та Е > 6,13 МеВ), реєстрованих кристалом NaJ(Tl) під кутом лаб = 55o відносно напрямку пучка протонів, що налітають. Вимірювання проводились з кроком Ep = 0,5 кеВ. При оцінці експериментальної ширини Гексп резонансів враховувалась скінчена товщина мішені та енергетичний розкид пучка протонів.

Абсолютні виходи відповідної реакції (р,) визначались методом порівняння виходів досліджуваних резонансів з виходом калібровочних резонансів, сили S яких відомі з гарною точністю. Тут

де J - спін, Гр -, Г - і Г - протонна, радіаційна і повна ширини резонансу. На підставі даних про значення S і Гр (відомих з літературних джерел) було визначено величини Г. У тому випадку, коли була невідома протонна ширина Гр резонансного рівня, припускалося, що Гр >> Г і тоді значення Г оцінювалось як Г S/(2J + 1).

Спектри -розпаду резонансів вимірювались під кутом лаб = 55o відносно пучка протонів. Схеми розпаду відповідних резонансів будувались на основі балансу енергій та інтенсивностей для спостережуваних -переходів з урахуванням всіх відомих даних про рівні 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl.

Квантові характеристики резонансів встановлювались з аналізу кутових розподілів -променів, що виникають при їх розпаді. Функція кутової кореляції шукалась у вигляді розкладу за парними поліномами Лежандра:

де коефіцієнти a2 і a4 залежать від кутових моментів початкового та кінцевого станів і параметра змішування за мультипольностями . Знайдені за методом найменших квадратів коефіцієнти a2 і a4 порівнювались з їх теоретичними значеннями для різних гіпотез про спін J резонансного рівня та відповідній йому величині за допомогою критерію 2. Комбінація J та відкидалась, якщо знайдена величина перевищувала можливу 0,1%-границю.

На основі всієї сукупності здобутих експериментальних даних були встановлені розподіли парціальних радіаційних ширин Гi розпаду 30-ти АР, які потім порівнювались з висновками різних теоретичних підходів.

У ПЯТОМУ РОЗДІЛІ аналізуються знайдені експериментальні дані про -розпад АР в ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl, спектроскопічні характеристики яких подані в таблиці 1.

Основними критеріями ідентифікації АР в (р,)-реакції були величини орбітального моменту lp, спіну J і спектроскопічного фактору Sр досліджуваного резонансу. Очікувана енергія АР оцінювалась за допомогою виразу:

де Ес - кулонівська енергія зсуву, Вn - енергія зв'язку нейтрона і E* - енергія збудження рівня в материнському ядрі.

Детально досліджені одночастинкові -переходи типу АС ААС. Енергетичне положення ААС орієнтовно визначалось за допомогою формули:

де V1 100 МеВ. Експериментальні величини зведених імовірностей В(М1) -переходів АС ААС подані в таблиці 1. Величина В(М1)теор розраховувалась за допомогою багаточастинкової моделі оболонок з залишковою взаємодією типу поверхневих -сил:

MT (N - Z)/2,

де j - повний кутовий момент частинки, gp і gn - гіромагнітні відношення протону та нейтрону.

Таблиця 1 Спектроскопічні дані про рівні ядер-ізобарів і зведені імовірності М1-переходів АС ААС в ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl*

Зроблені висновки щодо значного уповільнення швидкості спостережуваних М1-переходів в ААС порівняно з їх розрахованими значеннями за формулою (5). Спостережені розбіжності імовірностей В(М1) -переходів АС ААС з розрахованими значеннями пояснюються декількома причинами.

По-перше, впливом СПО, домішка якого до конфігурації АР послаблює М1-перехід до ААС. Енергія СПО в ядрі визначалась за допомогою виразу:

де Pn - парна енергія нейтрона дочірнього ядра. Даний тип стану чітко виявив себе в ядрах, де нейтрони надлишку займають s1/2 - і d5/2 - підоболонки. Так, наприклад, аналоговий d5/2-стан у ядрі 31Р має конфігурацію , тобто його можна розглядати як один 1d5/2 нуклон, зв'язаний с двома 2s1/2 нейтронами, спарованими в (J0T0) = (01) в полі інертного остову 28Si. Тоді перехід остову з на є можливим, і в цьому випадку імовірність М1-переходу стає великою (відповідно (5)) тому, що перехід включає s1/2-частинку (рис. 1).

Рис. 1 Розподіл В(М1) для -переходів з аналогового d5/2-стану на рівні 31Р

Рис. 2 Тонка структура аналогового d5/2-резонансу в реакції 30Si(p,)31P, лаб = 550

По-друге, існуванням тонкої структури АР, тобто коли конфігурація АР (T> -компонента) розподілена за рівнями компаунд-ядра (рис. 2). Таким чином, оцінюючи імовірності переходу АС ААС, необхідно враховувати внесок імовірностей -переходів зі всіх компонентів тонкої структури АР.

По-третє, внеском гігантського М1-резонансу у формування повної -ширини АР. Присутність в АР колективної компоненти можна підтвердити шляхом порівняння експериментальних імовірностей B(М1) для -переходів з АР на стани ядра та імовірностей B(М1,), обчислених на підставі відповідних даних про імовірності ft для -переходів. Величини B(М1,) та ft зв'язані співвідношенням:

.

Крім того, у спектрах розпаду АР ідентифіковані -переходи, які не пов'язані з переходами АС ААС і АС СПО. Це E1-, l-заборонені М1-переходи з T = 1 та -переходи між компаунд-станами ядер, для яких на підставі отриманих експериментальних даних виявлені емпіричні закономірності.

Так, наприклад, для Е1-переходів спостерігається систематична відмінність від одиниці експериментальних величин ефективного заряду

.

Цей факт свідчить про суттєву роль поляризаційних ефектів, обумовлених віртуальним збудженням T> - і T< - компонентів гігантського Е1-резонансу в процесі -розпаду АР. Виявлені оболонкові ефекти, які позначаються на величинах Г(Е1) при наближенні числа нейтронів в досліджуваних ядрах до магічного числа N = 20: значення Г(Е1) мінімальні в області ядер А 37. Не виявлена помітна кореляція між величинами Г(Е1) та величинами спектроскопічних факторів Sp АР. Разом з цим абсолютна величина Г(Е1) суттєво залежить від орбіти, яку займає непарний нуклон. Найбільш інтенсивними виявились Е1-переходи, спостережувані при розпаді АР з J = 3/2-. Доведено, що Е1-переходи з переворотом спіну виявились слабшими ніж переходи, які зберігають відносну орієнтацію спіну та орбітального моменту .

Встановлено, що інтенсивність l-заборонених М1-переходів з T = 1 у низці випадків порівняна за порядком величини з інтенсивністю М1-переходів AC ACC. Виявлено, що фактори заборони

мінімальні ( 10) для -переходів, спостережуваних в ядрах близьких до області рівноважної деформації А 25. Максимальні величини FM (> 500) пов'язані з -переходами s1/2 d3/2 в ядрі 35Cl, яке виявляється практично сферичним. В той же час, у верхній частині 1d2s-оболонки переходи s1/2 d3/2 характеризуються помітним зниженням факторів заборони (до 10). Простежується загальна тенденція до зростання FM при збільшенні енергії -переходу з того ж самого АС. Проте l-заборонені М1-переходи в ядрах, які мають число нейтронів близьке до магічного числа N = 20, не ідентифіковані. В той же час, у ядрах з Z = 20 величини FM змінюються в широкому інтервалі: FM 10 100. Відсутність кореляції між величинами FM та величинами спектроскопічних факторів Sр АР дає змогу припустити, що l-заборонені М1-переходи з T = 1 здійснюються за рахунок домішок інших конфігурацій до початкового або кінцевого стану частинки, що випромінює. Такі переходи спостерігаються в безпосередній близькості від заповнених оболонок, тому колективні ефекти не повинні відігравати суттєвої ролі в знятті l-заборони. Проте ослаблення l-заборони в області деформованих ядер А 25 прямо пов'язано з роллю колективних ефектів, що зростає.

М'які (E 2 МеВ) -переходи між високозбудженими компаунд-станами виявлені у всій області ядер 1d2s-оболонки. Має місце вибірковий характер в заселенні прямими -переходами кінцевих компаунд-станів у кожному із розглянутих ядер. Знайдено, що найбільш суттєвими тут виявились -переходи типу М1. Можливо, що в формуванні їх -ширин може приймати участь гігантський М1-резонанс. Проте в області ядер Z = 20 і N = 20 спостерігається аномальна зміна ієрархії мультипольностей -переходів. Основними тут виявились -переходи типу Е1 та Е2.

Висновки

У дисертаційній роботі наведене нове розв'язання задачі вивчення структури ізобар-аналогових резонансів та властивостей ізовекторних -переходів в непарних ядрах 1d2s-оболонки. Досягнення основної мети дослідження стало можливим завдяки розробці спектрометрів заряджених частинок та -квантів, ізотопних мішеней, методології експериментальних досліджень, вимірам функції збудження, -спектрів, кутових розподілів прямих -променів у реакціях 22Ne, 26Mg, 30Si, 34, 36S (р,)23Na, 27Al, 31P, 35, 37Cl, а також аналізу знайдених експериментальних даних із застосуванням багаточастинкової моделі оболонок із залишковою взаємодією типу поверхневих -сил. Розробленим обладнанням та здобутими результатами можна користуватись для планування та проведення подальших експериментальних досліджень структури АР в ядрах А > 40. Знайдені в дисертації дані про абсолютні виходи (р,)-реакцій важливі для підприємств атомної енергетики і можуть бути заведені до міжнародних баз ядерних даних, створених в провідних ядерних центрах світу.

Основні наукові висновки дисертаційної роботи:

В ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl експериментально виявлені нові збуджені рівні, установлені схеми їх -розпадів, визначені величини спіну станів, параметри змішування за мультипольностями в прямих -переходах та матричні елементи -переходів. Ідентифіковані АР, які є ізобаричними аналогами материнських рівнів ядер 23Ne з Е* = 1.017 (J = 1/2+), 1.702 (7/2+), 1.823 (3/2+), 2.517 (5/2, 7/2)+ МеВ; 27Mg з Е* = 1.698 (5/2+), 1.940 (5/2+), 3.427 (1/2+) МеВ; 31Si з Е* = 1.695 (5/2+), 2.789 (3/2, 5/2)+ МеВ; 35S з Е* = 1.572 (1/2+), 2.939 (3/2+), 3.421 (5/2+) МеВ.

У -розпаді 30 АР в досліджуваних ядрах виявлено ефект уповільнення швидкості -переходів АС ААС в порівнянні з одночастинковими розрахунками, що обумовлено впливом колективних станів в формування повної радіаційної ширини розпаду АР. Виявлено тонку структуру аналогових d3/2 -, d5/2 -, р3/2 - і f7/2 - резонансів та фрагментацію ААС. Отримано дані про енергію збудження СПО та імовірності -переходів АС СПО. Експериментально оцінена константа ізоспін-ізоспінової взаємодії квазічастинок на підставі здобутих даних про енергію розщеплення АС та ААС.

У процесі радіаційного Е1-розпаду ізобар-аналогових станів у ядрах 23Na, 27Al, 31P і 35, 37Cl виявлено суттєву роль поляризаційних ефектів, обумовлених віртуальним збудженням T>- та T<-компонентів гігантського електричного дипольного резонансу. E1-переходи, для яких зберігається відносна орієнтація спіну і орбітального моменту , є більш швидкими ніж переходи з переворотом спіну . В той же час абсолютна величина Г(Е1) суттєво залежить від орбіти, яку займає непарний нуклон.

Оболонкові ефекти для ізовекторних l-заборонених М1-переходів в непарних ядрах 2s1d-оболонки помітно впливають на їхню швидкість. Не виявлено кореляції між величинами факторів заборони FM для розглядуваних М1-переходів і спектроскопічними факторами АР. Колективні ефекти не повинні відігравати суттєвої ролі в знятті l-заборони, через те що ці переходи спостерігаються в безпосередній близькості від заповнених оболонок. Це дає змогу припустити, що дані М1-переходи здійснюються за рахунок домішки інших конфігурацій до початкового або кінцевого станів частинки, що випромінює.

Найбільш суттєвими -переходами між компаунд-станами в легких ядрах є М1-переходи, і має місце вибірковий характер в заселенні прямими -переходами кінцевих компаунд-станів. Проте в області ядер Z = 20 і N = 20 спостерігається аномальна зміна ієрархії мультипольностей -переходів: основними тут є переходи типу Е1 та Е2.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

Vоdin А. N. Research of analog resonances in NSC KIPT // ВАНТ. Серия: Ядерно-физические исследования -2003. -№2 (41). -С. 72-78.

Водин А. Н., Качан А. С. Мищенко В. М. f7/2-изобар-аналоговые резонансы в нечетных ядрах 1d2s-оболочки // Известия РАН. Сер. физ. -2002. -Т. 66. -№ 1. -С. 40-47.

Водин А. Н., Качан А. С. Мищенко В. М. Изобар-аналоговые резонансы в ядре 35Cl // Известия РАН. Сер. физ. -2001. -Т. 65. -.№ 5. -C. 695-701.

Водин А. Н., Качан А. С. -Переходы между компаунд-состояниями в ядрах 1d2s-оболочки // Изв. РАН. Сер. физ. 2000. -Т. 64. -№ 3. -С. 409-413.

Водин А. Н., Качан А. С. Приведенные вероятности l-запрещенных М1-переходов с Т=1 в нечетных ядрах 1d2s-оболочки // Известия РАН. Сер. физ. -2000. -Т. 64. -№ 1. -С. 57-62.

Водин А. Н., Качан А. С. Мищенко В. М. Гамма-распад аналоговых резонансов в ядре 27Al // Известия РАН. Сер. физ. -1999. -Т. 63. -№ 5. -С. 1021-1026.

Водин А. Н., Качан А. С. Приведенные Е1-радиационные ширины аналоговых резонансов в ядрах 1d2s-оболочки с нечетным А // Известия РАН. Сер. физ. 1998. -Т. 62. -№ 5. -С. 970-974.

Водин А. Н., Качан А. С., Мищенко В. М., Слабоспицкий Р. П. Изобар-аналоговое d5/2-состояние в ядре 35Cl // Известия РАН. Сер. физ. -1996. -Т. 60. -№ 5. -С. 158-161.

Водин А. Н., Качан А. С., Мищенко В. М., Слабоспицкий Р. П. Гамма-распад резонансноподобной структуры в реакции 36S(p,)37Cl // Изв. РАН. Сер. физ. -1996. -Т. 60. -№ 11. -C. 197-205.

Водин А. Н., Качан А. С., Немашкало Б. А. 2р3/2-аналоговое состояние в ядре 27Al // Известия РАН. Сер. физ. -1994. -Т. 58. -№1. -С. 153-158.

Водин А. Н., Хомяков Г. К., Немашкало Б. А., Сторижко В. Е. Многоканальная установка для исследования ядерных реакций с вылетом заряженных частиц // ВАНТ. Серия: Ядерно-физические исследования. -1990. -Вып. 8 (16). -С. 66-71.

Водин А. Н., Качан А. С., Мищенко В. М. Изобар-аналоговые резонансы в 23Na //Тез. докл. 49 Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. С.-Петербург. “Наука”. -1999. -С. 303.

Водин А. Н., Качан А. С., Мищенко В. М., Слабоспицкий Р. П. Гамма-распад аналоговых резонансов в ядре 31P // Тезисы докл. 47 Международного совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. С.-Петербург. “Наука”. -1997. -С. 141.

Водин А. Н., Корда Л. П., Бабичев Е. Н., Немашкало Б. А., Хомяков Г. К. Упругое рассеяние протонов на ядре 36S // Тезисы докл. 38 Совещания по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра. Л. “Наука”. -1988. -С. 589.

Анотація

Водін О. М. Гамма-розпад ізобар-аналогових резонансів у ядрах 23Na, 27Al, 31P та 35, 37Cl. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.16 - фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій, -Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню -розпаду аналогових резонансів (АР) в реакціях 22Ne, 26Mg, 30Si, 34, 36S(р,)23Na, 27Al, 31P, 35, 37Cl. Виявлені нові збуджені рівні ядер, встановлені схеми їх -розпадів, визначені найбільш імовірні величини спінів станів та параметрів змішування за мультипольностями в прямих -переходах. Виявлено тонку структуру АР і антианалогових станів, суттєву роль поляризаційних ефектів в процесі Е1-розпаду АР. Доведено, що оболонкові ефекти впливають на швидкість l-заборонених М1-переходів з Т = 1. Виявлено, що -переходами між компаунд-станами в легких ядрах є М1-переходи.

Ключові слова: -розпад, ізоспін, ізобар-аналогові резонанси, Е1-переходи, l-заборонені М1-переходи, імовірність -переходів.

Аннотация

Водин А. Н. Гамма-распад изобар-аналоговых резонансов в ядрах 23Na, 27Al, 31P и 35, 37Cl. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.16.-физика ядра, элементарных частиц и высоких энергий, Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2003.

Диссертация посвящена изучению -распада аналоговых резонансов (АР) в нечетных ядрах 1d2s-оболочки, наблюдающихся как изолированные резонансы в реакциях 22Ne, 26Мg, 30Si, 34, 36S(p,) 23Na, 27Al, 31P, 35, 37Cl. Дополнительно измерено дифференциальное сечение реакции 36S(р,p)36S в области Ер = 1880 1920 (аналоговый f7/2 - резонанс) и 2540 2560 (аналоговый p3/2 -резонанс) кэВ, где впервые установлено энергетическое положение 14 резонансов и оценены их протонные ширины Гр. В связи с этим были разработаны методика и спектрометрическое оборудование, позволяющие одновременно регистрировать спектры заряженных частиц четырьмя поверхностно-барьерными Si(Au)-детекторами. Детекторы охлаждались до -30 С, что позволило получить разрешение 12 кэВ при Ep = 2,0 МэВ. Предложены новые схемы -распада и установлены коэффициенты ветвления для резонансных уровней ядер. Измерены угловые распределения -лучей из реакций 22Ne, 26Мg, 30Si, 34, 36S(p,) 23Na, 27Al, 31P, 35, 37Cl, на основании которых установлены наиболее вероятные спины J для резонансных состояний и параметры смешивания по мультипольностям в прямых -переходах. В рамках многочастичной модели оболочек с остаточным взаимодействием типа поверхностных -сил, рассмотрены основные свойства аналоговых состояний, связанных с М1-переходами в антианалоговое состояние и состояния типа поляризации остова (изобарические 1+ -конфигурации -типа). Оценен вклад l-части в вероятности переходов аналог-антианалог на основании данных об аналоговых -переходах Гамова-Теллера. Выявлен значительный вклад коллективных эффектов (типа гигантских М1- и Е1-резонансов) в формирование полной радиационной ширины распада аналоговых резонансов в исследуемых ядрах. При изучении E1-переходов с T = 1, выявлено систематическое отличие от единицы экспериментальных значений эффективного заряда , что свидетельствует о существенной роли поляризационных эффектов, обусловленных виртуальным возбуждением T> - и T< - компонентов электрического дипольного гигантского резонанса в процессе радиационного распада АР. Показано, что одночастичные E1-переходы, для которых сохраняется относительная ориентация спина и орбитального момента , оказались быстрее переходов с переворотом спина . Получены данные об изовекторных l-запрещенных М1-переходов в нечетных ядрах с 21 А 41. Сделан вывод о том, что оболочечные эффекты заметным образом влияют на скорость данных -переходов. Обнаружено, что факторы запрета FM минимальны ( 10) для -переходов, наблюдающихся в ядрах близких к области равновесной деформации А 25. Прослеживается общая тенденция роста FM при увеличении энергии -перехода в одном и том же аналоговом состоянии. Как и в случае Е1-переходов не выявлено заметной корреляции между значениями FM и значениями спектроскопических факторов Sр АР. Изучены -переходы между компаунд-состояниями в легких ядрах. Обнаружено, что наиболее существенными здесь оказались -переходы типа М1 и имеет место избирательный характер в заселении прямыми -переходами конечных компаунд-состояний. В области ядер Z = 20 и N = 20 наблюдается аномальное изменение иерархии мультипольностей -переходов: основными здесь оказались -переходы типа Е1 и Е2.

Ключевые слова: -распад, изобарический спин, изобар-аналоговые резонансы, Е1-переходы, l-запрещенные М1-переходы, вероятности -переходов.

Summary

Vodin A. N. Gamma-decay of isobaric analog resonances in 23Na, 27Al, 31P and 35, 37Cl nuclei. Manuscript.

Thesis for the degree of Candidate of physical and mathematical sciences on specialty 01.04.16 - physics of nucleus, elementary particles and high energies. Kharkiv National University, Kharkiv, 2003.

Thesis is devoted to the investigation of the -decay of analog resonances (AR) in 22Ne, 26Mg, 30Si, 34, 36S(р,)23Na, 27Al, 31P, 35, 37Cl reactions. New excited levels of nuclei are observed, the schemes of their -decays are established and the most probable values of their spins and mixing ratios in direct -transitions are found. Fine structure of AR and antianalog states and the substantial role of polarization effects during Е1-decay are established. It is shown that the shell effects influence on the velocity of l-forbidden М1-transitions with Т = 1. М1-transitions between compound states in light nuclei are found to be sufficient.

Key words: -decay, isobaric spin, isobaric analog resonance, E1 transitions, l-forbidden M1 transitions, probability of -decays.

Размещено на Allbest.ru