Главная » 2014 » Июль » 18 » Скачать Экспериментальные исследования статистических и динамических характеристик процесса вынужденного деления тяжелых ядер. Платонов, бесплатно
0:27 AM
Скачать Экспериментальные исследования статистических и динамических характеристик процесса вынужденного деления тяжелых ядер. Платонов, бесплатно
Экспериментальные исследования статистических и динамических характеристик процесса вынужденного деления тяжелых ядер
Диссертация
Автор: Платонов, Сергей Юрьевич
Название: Экспериментальные исследования статистических и динамических характеристик процесса вынужденного деления тяжелых ядер
Справка: Платонов, Сергей Юрьевич. Экспериментальные исследования статистических и динамических характеристик процесса вынужденного деления тяжелых ядер : диссертация доктора физико-математических наук : 01.04.16 Москва, 2006 307 c. : 71 07-1/216
Объем: 307 стр.
Информация: Москва, 2006
Содержание:
Глава 1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕ-НИЯ ВРЕМЕНИ ШОТЕКАНИЯ ЯДЕРШК РЕАКЦИЙ
Глава 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВРЕМЕННОЙЗАДЕРЖКИ ПРОЦЕССА ВЫНУЖДЕННОГО ДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕ-ЛЫХ ЯДЕР
§1 Временные характеристики распада ядер, имеющих два класса воз-бужденных состояний
§2 Измерение длительности вынужденного деления в реакциях поддействием легких заряженных частиц
§21 Методика эксперимента и процедура предварительной обра-ботки экспериментальных данных
§22 Анализ экспериментальных данных по длительности про-цесса вынужденного деления
§3 Анализ энергетической зависимости плотности уровней во второйпотенциальной яме
§4 Эмпирические систематики дополнительной временной задержкипроцесса вынужденного деления тяжелых ядер
Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕК-ТОВ ОБОЛОЧЕЧНОЙ ПРИРОДЫ
§1 Измерение длительности процесса вынужденного деления в реак-ции ^^ Si + "''Pt
§2 Постадийный теоретический анализ полной длительности процессавынужденного деления
§21 Анализ влияния процессов предравновесной природы надлительность протекания исследуемой реакции
§22 Статистический анализ времени жизни составных ядер,образующихся на различных ступенях нейтронно-испа-рительного каскада
§23 Анализ динамичесьсих стадий процесса вынужденного деле-ния
§24 Анализ влияния процессов девозбуждения осколков деления напараметры тени Эффект "вторичного" времени жизни
Введение:
Изучение процесса деления атомных ядер как физического явленияимеет уже более чем полувековую историю. Однако, несмотря на такойсолидный для научной проблемы возраст, деление ядер в течение всего этогопериода и до настоящего времени изучается очень интенсивно и снеослабевающим интересом. Кроме вполне естественных потребностейприкладной физики, техники и энергетики, не меньшее значение имеюттакже чисто фундаментальные исследования всех вопросов, связанных сфизикой деления. Вынужденное деление сопровождается целым рядомразнообразных физических процессов, происходящих в ядре от моментаобразования составной ядерной системы до момента эмиссии у-квантовконечными ядрами - осколками деления. РЬучение всей совокупностиподобных явлений представляет уникальный инструмент для исследованийсвойств ядерной материи в широком спектре их проявлений. Кроме того,исследование процесса вынужденного деления дает уникальнуювозможность, не достигаемую никакими другими способами, исследоватьсвойства атомных ядер в аномально деформированном состоянии.Несмотря на значительные усилия в изучении процесса деленияатомных ядер и действительно колоссальный объем накопленногоэкспериментального материала, в настоящее время не существует адекватнойцелостной теории, которая бы давала единообразное и последовательноеописание всех сопутствующих делению физических явлений. В связи с этим,детальное изучение даже какой-либо одной стороны процесса делениянеизбежно приносит новую ценную информацию.Исходя из вышесказанного, особое значение приобретает изучениетакой, все еще пока нетрадиционной, характеристики процессавынужденного деления как длительность его протекания. Длительностьраспада ядра по делительному каналу несет в себе качественно новуюинформацию по сравнению с традиционными экспериментальными данными5ПО сечениям, энергетическим спектрам и угловым распределениям осколковделения, которые являются интегральными по времени характеристикамипроцесса.Длительность процесса вынужденного деления может служитьисточником информации по абсолютным вероятностям распадавозбужденных состояний и, в сочетании с данными по сечениям, поабсолютным значениям парциальных вероятностей распада ядра поразличным каналам. Кроме того, длительность деления, отражающаядинамику развития этого процесса во времени, чувствительна к различнымструктурным особенностям делящихся ядер и может служить уникальныминструментом для их исследования.Характерным примером в этом смысле является анализ длительностираспада возбужденных ядер в рамках модели двугорбого барьера деления [1,2].В последние десятилетия существенный прогресс в физике деленияатомных ядер связан с созданием В.М. Струтинским и последующиминтенсивным использованием модели двугорбого барьера деления. Такналичие второго глубокого минимума потенциальной энергии ядра прибольших деформациях позволило с единых позиций объяснить природуспонтанно делящихся ядерных изомеров, подбарьерных делительныхрезонансов и др. [3 - 5]. В рамках модели двугорбого барьера деления,спонтанно делящиеся изомеры связываются с нижайшими состояниями вовторой потенциальной яме (изомеры формы), а резонансная структураэнергетической зависимости сечения подбарьерного деленияинтерпретируется как проявление возбужденных состояний второй ямы.Детальное изучение этих явлений служит средством исследованиянизколежащих возбужденных состояний ядер во второй потенциальной яме.С увеличением энергии возбуждения исследуемого ядра и переходом внадбарьернзоо область проницаемость барьера деления приближается кединице, и структура возбужденных состояний во второй потенциальной ямеуже практически не проявляется в энергетической зависимости интегральныхбпо времени характеристик распада возбужденного делящегося ядра, такихкак сечения. Однако при этом существование у тяжелых ядер двух классовквазистационарных состояний, реализующихся в первой и второйпотенциальных ямах, приводит к значительному изменению динамикипрохождения делящимся ядром барьера деления [3,4].В работе [6] О.А. Юминовым данный подход был распространен натакую характеристику процесса деления как его длительность. Былопредсказано, что наличие второго, дополнительного класса состоянийделящегося ядра во второй потенциальной яме должно проявляться вовременных характеристиках распада возбужденных ядер. Действительно, впроцессе вынужденного деления последовательно заселяются оба классасостояний, тогда как девозбуждение ядра по каналам, связанным с эмиссиейнейтронов, легких заряженных частиц или у-квантов, происходит, восновном, из состояний при равновесной деформации: Это связано с тем, чтоядро во второй потенциальной яме оказывается более "холодным", чем впервой. Следовательно, длительность распада возбужденного ядра по каналуделения должна превыщать длительность его распада по любому другомуканалу на величину времени жизни возбужденных состояний второйпотенциальной ямы.Идея метода измерения длительности ядерных реакций на основеэффекта теней была выдвинута в 1965 г. А.Ф. Тулиновым [7, 8] и независимоД. Геммелом и Р. Холландом [9]. Этот метод, позволяющий прямым образомизмерять временные интервалы в диапазоне от 10''^ до 10' сек, был7детально отработан в НИИЯФ МГУ и применен для исследования широкогокруга ядерных реакций, в том числе и процесса вынужденного деления.Вышеуказанная дополнительная временная задержка процессавынужденного деления может быть определена с помощьюэкспериментального метода, основанного на эффекте теней. Величинаданной задержки определяется характеристиками делящегося ядра в сильнодеформированных возбужденных состояниях второй потенциальной ямы,такими как плотность уровней, значения оболочечной поправки и т.п.Исследование дополнительной временной задержки процесса вынужденногоделения тяжелых ядер позволяет получать информацию о статистических,статических (тип симметрии формы ядра) и динамических характеристикахпроцесса деления в широком диапазоне энергии возбуждения и ядернойдеформации [10,11].Настоящая диссертация посвящена использованию метода,основанного на эффекте теней, для исследования статистических идинамических характеристик процесса вынужденного деления тяжелых ядер,а также созданию новых экспериментальных методик измерениядлительности протекания ядерных реакций.В ходе выполнения диссертационной работы был проведен циклэкспериментальных исследований явления дополнительной временнойзадержки процесса вынужденного деления в широком круге ядерныхреакций, протекаюших как под действием легких заряженных частиц, так итяжелых ионов. В рамках данных исследований были развиты методыанализа величины дополнительной временной задержки, а также полнойдлительности процесса вынужденного деления, с использованием которыхбыла получена новая экспериментальная информация о параметрахдвугорбых барьеров деления; энергетических зависимостях плотностиуровней и типе симметрии формы исследуемых ядер во второйпотенциальной яме; абсолютных значениях и энергетической зависимостиоболочечных поправок.Диссертация состоит из введения, 6-ти глав и заключения.в Главе 1 дан краткий обзор современных экспериментальнькметодик определения длительности протекания ядерных реакций,анализируются их физические основы, обсуждаются области их применения,а также основные достоинства и недостатки каждого из методов. Болееподробно описан метод измерения длительности ядерных реакций,основанный на использовании эффекта теней. Анализируются возможностиприменения различных экспериментальных методик для исследованиявременных характеристик распада возбужденных ядерных состояний, атакже для исследования динамических аспектов реакций взаимодействиятяжелых ионов, и, в частности, реакций типа слияния-деления.Представлены результаты теоретического анализа энергетическихзависимостей плотности уровней во второй потенциальной яме исследуемыхядер, выполненный в рамках формализма феноменологической модели,позволяющей проводить корректный учет оболочечных эффектов,корреляционных эффектов сверхпроводящего типа и когерентных эффектовколлективной природы. Показано, что описание абсолютных значений иэнергетической зависимости плотности уровней во второй потенциальнойяме исследуемых ядер возможно в предположении о нарущении аксиальнойи зеркальной симметрии формы делящегося ядра в данных состояниях.Приведены полученные экспериментальные систематики величиныдополнительной временной задержки для различных делящихся изотопов иразличных энергий возбуждения. Обнаружена зависимость значенийдополнительной временной задержки от глубины второй потенциальнойямы, что свидетельствует о связи исследуемого явления с временем жизнисостояний делящегося ядра во второй потенциальной яме.Глава 3 диссертации посвящена экспериментальному исследованиютемпературной зависимости эффектов оболочечной природы. Дано описаниеэкспериментов по измерению длительности процесса вынужденного деленияв реакции ^^ Si + " '^Pt и разработанной методики постадийного теоретическогоанализа полной длительности процесса вынужденного деления тяжелыхядер, учитывающей время установления термодинамического равновесия наначальной стадии образования составной ядерной системы; время жизнисоставных ядер, образующихся на различных ступенях испарительныхкаскадов; динамических времен установления стационарного тока в седловойточке барьера деления и времени «спуска» делящейся ядерной системы от10седловой точки до точки разрыва; а также времени девозбужденияобразующихся в исследуемой реакции осколков деления. Получена новаяинформация о температурной зависимости оболочечной поправки, котораяможет быть описана функцией Ферми со значением параметра затухания То =1,85 МэВ. Показано, что двугорбая структура барьеров деления сохраняетсявплоть до энергий возбуждения (50 - 70) МэВ. В Главе 4 диссертации анализируется полученная единаяэнергетическая зависимость длительности вынужденного деления для ядер сZ = 91 - 94 в диапазоне начальной энергии возбуждения от 5 до 250 МэВ. Выделены области энергии возбуждения делящегося ядра, в которых можетбыть получена экспериментальная информация различного сорта: оструктурных характеристиках конкретных делящихся ядер (при энергияхвозбуждения ниже 30 МэВ); об энергетической зависимости эффектовоболочечной природы (в области энергий возбуждения вблизи 50 - 70 МэВ);о величине и механизмах ядерной вязкости (область энергий возбуждения >100 МэВ).В заключении сформулированы основные выводы диссертации.Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научныхсеминарах НИИЯФ МГУ, ЛЯР ОИЯИ, ИТЭФ, Шститута ядерныхисследований АН Украины (г. Киев), университетов г. Болонья и г. Мессина(Италия), Ускорительной Лаборатории Леньяро (Италия), а также намеждународных конференциях: 15-21 Всесоюзных совещаниях по физикевзаимодействия частиц с кристаллами (Москва, ежегодно в 1985 - 1991 г.г.);11 - 13, 16, 18 - 21 Международных конференциях по атомнымстолкновениям в твердом теле (ICACS) - (Вашингтон, США, 1985 г.; Окаяма,Япония, 1987 г.; Орхус, Дания, 1989 г.; Линц, Австрия, 1995 г.; Оденсе,Дания, 1999 г.; Париж, Франция, 2001 г.; Пури, Индия, 2003 г.; Генуя,Италия, 2004 г.); 36 - 55 Международных совещаниях по ядернойспектроскопии и структуре атомного ядра (ежегодно в 1986 - 2005 г.г.);Международной школе-семинаре по физике тяжелых ионов (Дубна, Россия,1986, 1989, 1993, 1997, 2002 г.г.); Международной конференции по ядерноядерным столкновениям (Таормина, Италия, 1994 г., Страсбург, Франция,2000 г., Москва, Россия, 2003 г.); Международной конференции «50 летисследованиям деления ядер» (Берлин, Германия, 1989 г.); Международнойконференции «50 лет делению ядер» (Ленинград, СССР, 1989 г.);Международном симпозиуме по современным достижениям в ядернойфизике (Новосибирск, СССР, 1987 г.); Международном симпозиуме поядерной физике «Физика и химия деления» (Гауссиг, ГДР, 1988 г.); IIМеждународном симпозиуме по временным характеристикам ядерныхреакций (Москва, Россия, 1993 г.); II и III Международном семинаре повзаимодействию нейтронов с ядрами (Дубна, Россия, 1994, 1995 г.г.);Международном симпозиуме «Крупно масштабное коллективное движение в12атомных ядрах» (Мессина, Италия, 1996 г.); Международной конференции«Ядерные данные для науки и технологии» (Триест, Италия, 1997 г.);Международном симпозиуме «Оболочечная модель 1997» (Стокгольм,Швеция, 1997 г.); Международной конференции по ядерной физике (Париж,Франция, 1998 г.); Международном рабочем семинаре по физике деленияядер (Обнинск, Россия, 1998 г.); Международной конференции «50 летмодели ядерных оболочек» (Гейдельберг, Германия, 1999 г.);Международной конференции «Болонья - 2000. Структура ядер в концестолетия» (Болонья, Италия, 2000 г.); Международной конференции«Фундаментальные проблемы физики» (Саратов, Россия, 2000 г.);Международной конференции «Ядерная физика на границах стабильности»(Липари, Италия, 2001 г.); Международной конференции «Ядерная физика в21-ом столетии» (Беркли, США, 2001 г.); Международном симпозиуме«Новые проекты и направления исследований в ядерной физике (Мессина,Италия, 2002 г.); Международном симпозиуме по ядерной физике «Тур 2003»(Тур, Франция, 2003 г.).Исследования, результаты которых вошли в настоящую диссертацию,были поддержаны Российским Фондом Фундаментальных Исследований в1998 - 2000 гг, (грант № 98-02-16911 «Исследование энергетическойзависимости оболочечных эффектов в реакциях слияния-деления поддействием тяжелых ионов») и в 2002 - 2004 гг. (грант № 02-02-17077«Исследование динамики процесса вынужденного деления тяжелых ядер»).Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах[12-51].132. Методики теоретического анализа дополнительной временнойзадержки, с использованием которых получена новая экспериментальнаяинформация о статистических, статических (тип симметрии формыядра) и динамических характеристиках возбужденных состоянийисследуемых делящихся ядер ('"'''''Fa, 232.234,235ц 235,236.238.239^ р^^ 30второй потенциальной яме; абсолютные значения оболочечнойпоправки, а также энергетические зависимости плотности уровней вовторой потенциальной яме.3. Вывод о нарушении аксиальной и зеркальной симметрии формыделящегося ядра в возбужденных состояниях второй потенциальнойямы.4. Экспериментальные систематики величины дополнительной временнойзадержки для различных делящихся изотопов и различных значенийэнергии возбуждения.5. Методика постадийного теоретического анализа полной длительностипроцесса вынужденного деления тяжелых ядер, учитывающая времяустановления термодинамического равновесия на начальной стадииобразования составной ядерной системы; время жизни составных ядер,образующихся на различных ступенях испарительных каскадов;динамические времена - установления стационарного тока в седловойточке барьера деления и «спуска» делящейся ядерной системы отседловой точки до точки разрыва; а также время девозбужденияобразующихся осколков деления.6. Информация о температурной зависимости оболочечной поправки,которая может быть описана функцией Ферми со значением параметразатухания То = 1.85 МэВ.
7. Результаты анализа единой энергетической зависимости длительностивынужденного деления для ядер с Z = 91 - 94 в диапазоне начальнойэнергии возбуждения от 5 до 250 МэВ. Работа выполнена в Отделе ядерных реакций НИИЯФ МГУ. Экспериментальные исследования в ходе выполнения даннойдиссертационной работы были проведены на циклотроне НИИЯФ МГУ, атакже на тандемном электростатическом ускорителе в Национальнойускорительной лаборатории Леньяро (Италия).
