ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 7-8, с. 678-686
ЯДРА
НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО СЕЧЕНИЯМ ПАРЦИАЛЬНЫХ И ПОЛНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИЙ ДЛЯ ИЗОТОПОВ 91>9^г
(©2015 г. В. В. Варламов1^, М. А. Макаров2), Н. Н. Песков^, М. Е. Степанов1)>2)
Поступила в редакцию 20.11.2014 г.
Проанализированы экспериментальные данные по фоторасщеплению изотопов 91'94Хг, полученные на пучке квазимоноэнергетических аннигиляционных фотонов с помощью метода разделения вылетающих нейтронов по множественности. Установлено, что сечения реакций (7,1п), (7,2п) и (7,3п) для обоих изотопов не удовлетворяют введенным ранее объективным критериям достоверности данных. В рамках экспериментально-теоретического метода оценки сечений парциальных реакций, удовлетворяющих введенным критериям, для изотопов 91'94 Хх получены новые данные о сечениях указанных парциальных реакций, а также полной фотонейтронной реакции (Y, ап) = 1п) + (Y, 2п) + (Y, 3п) + •••
DOI: 10.7868/S0044002715030198
1. ВВЕДЕНИЕ
В работах [1—5] были проанализированы экспериментальные данные по фоторасщеплению большого числа средних и тяжелых ядер (90Zr,
115 jn 112,114,116,117,118,119,120,122,124 gn 159 181 ja
197Au), исследованных на пучках квазимоноэнергетических аннигиляционных фотонов с помощью методов разделения фотонейтронов по множественности, определяемой по их измеряемым кинетическим энергиям. Было установлено, что сечения парциальных реакций (7,1n), (7,2n) и (7,3n), как правило, содержат значительные систематические погрешности, ставящие под сомнение их достоверность.
О наличии таких погрешностей свидетельствует прежде всего то, что:
1) специально введенные переходные функции множественности нейтронов:
Fi = a(Y,in)/a(Y,xn) = (1)
= a(y, in)/a[(y, 1n) + 2a(y, 2n) + 3a(Y, 3n) + ...]
во многих областях энергии фотонов превышают физически допустимые по определению таких функций пределы (1.00, 0.50, 0.33,... соответственно для i = 1, 2, 3,...);
'-'Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Россия.
2)Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет, Россия. E-mail: Varlamov@depni.sinp.msu.ru
2) в тех же областях энергии фотонов в сечениях разных реакций, главным образом (7,1п), проявляются физически запрещенные отрицательные значения.
Было показано, что установленные систематические погрешности обусловлены недостатками использованных в экспериментах методов разделения фотонейтронов, основанных на результатах измерения их кинетических энергий.
Для получения сечений реакций, свободных от указанных недостатков и удовлетворяющих критериям достоверности данных, был предложен [1,2] экспериментально-теоретический метод их оценки. Он основан на использовании в процедуре оценки лишь экспериментальных данных по сечениям реакции выхода нейтронов:
а(у,хп) и а(у, 1п)+2а(у, 2п) + (2)
+ 3а(7, 3п) + •••,
не зависящих от проблем разделения нейтронов по множественности, вместе с положениями комбинированной модели фотоядерных реакций [6, 7], также от этих проблем не зависящих. Экситонная предравновесная модель, использующая плотности уровней ядер, рассчитанные в модели ферми-газа, и учитывающая деформацию ядра и изо-спиновое расщепление его гигантского резонанса, подробно описанная в работе [8], позволяет получать успешные приближения к сечениям реакции выхода нейтронов (2) в области средних и тяжелых ядер.
Соотношения оцененных сечений парциальных реакций:
аоцен(у, гп) = ^еораэксп(у, хп), (3)
1.0 0.5 0
-0.5 -1.0 Рг
г = 1
V
* I
""" 1й ,1 щ ' 1
Р1 1.0 0.5 0
-0.5 Рг
0.5
г = 1
^___- Н—--
- *— X 1 1 1
20
30
г = 2
20 В2п
30
В3п Е, МэВ
Рз 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1
20
30
-ТТТГЖ^
г = 2
У
20
30
г = 3
............I Ш.1! , , , 1 1 1
В2п
20 В3п
30 Е, МэВ
Рис. 1. Сравнение (для г = 1, 2, 3) переходных функций множественности ^¿эксп, полученных по экспериментальным данным [9] (треугольники), с функциями ^гтеор, полученными по результатам теоретических расчетов [6—8] (кривые) для изотопов 91/г(а) и 94/г(б).
а
0
0
при таком экспериментально-теоретическом подходе определяются отношениями (1), рассчитанными в модели, а их соответствующая сумма (2) совпадает с экспериментальным сечением стэксп (7, хп).
В настоящей работе такой подход использован для оценки сечений парциальных (7,1п), (7,2п) и (7,3п) и полной зп) = 1п) + 2п) + + 3п) + ... фотонейтронных реакций на изото-
91 94 т
пах ' /г, для которых несоответствие экспериментальных данных [9] критериям достоверности (1) проявляется весьма отчетливо.
2. АНАЛИЗ ДОСТОВЕРНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ПЕРЕХОДНЫХ ФУНКЦИЙ МНОЖЕСТВЕННОСТИ НЕЙТРОНОВ
Несоответствие экспериментальных данных для изотопов 91'94/г физическим критериям достоверности наглядно иллюстрирует рисунок 1. На нем
проводится сравнение энергетических зависимостей переходных функций множественности нейтронов ^теор (1), рассчитанных [6—8] в рамках комбинированной модели (кривые), с энергетическими зависимостями функций ^эксп (1), полученными по данным работы [9] для обоих обсуждаемых в настоящей работе изотопов циркония (треугольники с погрешностями).
На рис. 1 хорошо видно, что энергетические зависимости функций согласно определению (1) выглядят следующим образом:
при энергиях фотонов до энергетического порога В2п реакции (7,2п) возможна лишь реакция (7,1п), следовательно, ^теор = 1, ^2теор = ^3теор = = 0;
при энергиях фотонов в области энергий между В2п и В3п ^теор уменьшается в соответствии с конкуренцией уменьшающегося а(^, 1п) и увеличивающегося а(^, 2п), а Г2,еор возрастает в соответствии с той же конкуренцией а(^, 2п) и а(^, 1п)
и приближается снизу к физически обусловленному (1) пределу 0.50, нигде его не достигая;
при энергиях фотонов выше энергетического порога В3п ^2еор уменьшается в связи с появлением (1) вклада 3а (7,3п).
На рис. 1 хорошо видно также, что энергетические зависимости функций ^ЭКСП и ^теор существенно различаются. Для изотопа 912г в области энергий, больших ^25.5 МэВ, отношения £\эксп, очевидно выходя за погрешности, находятся в области физически недопустимых отрицательных значений, а отношения Кэксп — в области физически недостоверных значений, превышающих предел 0.50. Это определенно свидетельствует о том, что экспериментальное [9] разделение нейтронов с множественностями 1 и 2 выполнено некорректно.
В случае изотопа 942гситуация оказывается более сложной в связи с большими погрешностями, однако и в этом случае выводы о некорректности выполненного разделения нейтронов по множественности могут быть сделаны вполне определенно.
Так, поскольку при энергиях, больших ^22.2 МэВ, среди отношений ^^ксп наблюдаются (за исключением двух значений при энергиях ^24.0—24.5 МэВ) физически недопустимые отрицательные значения, отрицательное значение площади участка под кривой ^^ксп (Е)
29.0
У Е1(Е)йЕ = —0^55 ± 0-26 МэВ
(4)
22.2
вместе с отрицательным значением интегрального сечения реакции (7,1п) в том же диапазоне энергий
29.0
У а(Е)йЕ = —19-05 ± 14-94 МэВ мбн (5) 22.2
ставят под сомнение достоверность определения сечения реакции (7,1п).
В области энергий ^20.3—26.0 МэВ в отношении Кэксп наблюдаются значения, превышающие предел 0.50; величина площади значений под кривой Кэксп(Е), рассчитанной для указанной области, в случае экспериментальных данных [9] составляет
26.0
У Е2(Е)йЕ = 3-20 ± 0-38 МэВ,
(6)
20.3
а в случае расчетных данных 2.30 ± 0.08 МэВ, тогда как физически достоверный по определению (1) верхний предел составляет 0-5 х [26-0 — 20-3] = = 2-85. Существенное превышение функцией ^|ксп
указанного верхнего предела ставит под сомнение достоверность определения сечения реакции (7, 2п).
Дополнительно следует обратить внимание на то обстоятельство, что во всей рассматриваемой области энергий функция ^|ксп возрастает, хотя по определению (1) выше порога В3п = 23-6 МэВ должно наблюдаться ее уменьшение.
Следует отметить также и то, что для обоих рассмотренных изотопов 91'942г достоверность данных в области меньших энергий также может быть поставлена под сомнение вследствие значительных расхождений значений ^11эксп и ^11геор, а также ^|ксп и ^2теор.
Все сказанное свидетельствует о том, что экспериментальное [9] разделение нейтронов с множе-ственностями 1, 2 и 3 выполнено некорректно.
3. ОЦЕНКА СЕЧЕНИИ ПАРЦИАЛЬНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИИ, НЕ ЗАВИСЯЩИХ ОТ ПРОБЛЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ ПО МНОЖЕСТВЕННОСТИ
3.1. Данные для изотопа 912г
Как отмечалось выше, оценка сечений парциальных реакций, свободных от недостатков экспериментальных методов разделения нейтронов по множественности, основывается на соответствующих соотношениях теоретической модели [6— 8], определяющих разделение на вклады с разным числом нейтронов экспериментального сечения выхода нейтронов (2). В связи с этим на предварительном этапе оценки сечений парциальных реакций экспериментальное и теоретическое сечения выхода нейтронов должны быть по возможности согласованы друг с другом.
Для ядра 912г экспериментальное сечение выхода нейтронов аэксп(7, хп) достаточно хорошо согласуется с теоретическим сечением атеор(7, хп), рассчитанным в рамках модели [6—8]. Однако перед тем как использовать в процедуре оценки (3) функции ^теор, с целью достижения максимально хорошего согласия экспериментального и теоретического сечений последнее было дополнительно слегка скорректировано — сдвинуто в сторону больших энергий на 0.30 МэВ и умножено на коэффициент 0.84. Сравнение исходного и скорректированного теоретических сечений с экспериментальным [9] сечением проведено на рис. 2. Соответствующие интегральные сечения представлены в табл. 1.
Сечения реакций (7,1п), (7,2п) и (7, зп) на изотопе 912г, оцененные после такой корректировки в рамках экспериментально-теоретического
Таблица 1. Центры тяжести Ецт и интегральные сечения аинт сечений реакции 912г(7, хп)
£цт, МэВ сгинт, МэВ мбн Епл, МэВ сгинт, МэВ мбн Епл, МэВ сгинт, МэВ мбн
Область энергии Ешт = В2п = 19.2 МэВ Ешт = ВЗп = 28.5 МэВ Еинт _ 30.0 МэВ
Эксперимент [9] 16.1
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.