ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 7-8, с. 668-677
ЯДРА
СЕЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ^п^л')115^ В ОБЛАСТИ Е1 ГИГАНТСКОГО РЕЗОНАНСА
© 2015 г. Л. З. Джилавян*
Институт ядерных исследований Российской академии наук, Москва Поступила в редакцию 20.11.2014 г.
Измерены сечения реакции 1151п(7, у)115т 1п для Е7 = 4—46 МэВ. Уточнены параметры пика в этом сечении вблизи порога 1151п(7, п)-реакции (Е7)™РГ). Показано, что в сечении реакции 1151п(7,7')115т1п при Е7 — 27 МэВ нет второго пика с стЩ1, превышающем —О^ст™1 для пика при Е1 — (Е7 )™РГ). Рассмотрены возможности использования этой реакции как для исследований физики фотоядерных реакций, так и для мониторирования тормозных фотонов в 7-активационных работах.
DOI: 10.7868/80044002715030046
1. ВВЕДЕНИЕ
В атомных ядрах наряду с основными д-состояниями, характеризующимися спином 1 и четностью п, а для нестабильных ядер и периодом полураспада Т1/2 (т.е. д 1п и дТ1/2), могут существовать изомерные метастабильные т-состояния, характеризующиеся своими значениями спина (существенно отличающимися от д 1), четности, периода полураспада и энергии возбуждения (т.е. т.ж, тт1/2 и тЕвозб). Такие состояния могут заселяться, в частности, в результате реакций неупругого рассеяния (7,7') на ядрах.
Сечение реакции (7,7')т в области электрического дипольного гигантского резонанса (Е1ГР) на ядрах 1151п(д 1П = 9/2+) с заселением состояния 115т1п (т.Г = 1/2-; тТ1/2 = 4.486 ч; тЕвозб = = 336 кэВ) [1,2] измерялось в работах [3—5].
С одной стороны, во всех работах [3—5] в сечении реакции 1151п(7,7')115т1п был обнаружен первый пик при энергии 7-квантов Е1 вблизи порога реакции 1151п(7, п)1141п, а именно при (Е1 ),ах ~ ~ (Е7^^ = 9.0 МэВ [1, 2, 6]. Хотя параметры этого пика (значения сечения в максимуме ст,тах и полная ширина Г[) отличаются друг от друга в работах [3—5], так что требуются уточняющие измерения, но в принципе наличие такого пика находит разумные объяснения (см. разд. 2).
С другой стороны, в работе московской группы [5] для реакции 1151п(7,7')115т!п сообщалось о
E-mail: dzhil@cpc.inr.ac.ru
втором, если не пике, то резком подъеме в зависимости сечения реакции ст от энергии падающих 7-квантов Е1 в области 15 ^ Е1 ^ 27 МэВ. Результаты [5] позволяют предположить существование второго пика в сечении этой реакции с максимумом ст^ при (Е1 ^ ^ 27 МэВ. При этом ст^ многократно превышает ст,тах. Этот результат не удавалось согласовать с существовавшими ядерно-физическими представлениями, что осознавалось самими авторами [5] и особо подчеркивалось в известной монографии по фотоядерным реакциям [7].
В настоящей работе описываются проведенные экспериментальные исследования сечения реакции 1151п(7,У)115т1п и при Е1 — (Е7),ах (а именно, при —4 ^ Е1 ^ -14 МэВ), и при -13 ^ Е1 ^ ^ —46 МэВ. Дается анализ полученных результатов, и рассматриваются пути использования этих результатов.
2. АНАЛИЗ ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РЕАКЦИИ 1151п(7,У )115т1п
Заселение метастабильных состояний в реакциях (7,7')т при энергиях падающих фотонов —4 < < Е1 < —30 МэВ для некоторых среднетяжелых и тяжелых стабильных ядер исследовалось в ряде работ (в том числе и с участием автора настоящей работы). В таких исследованиях около (Е1 ^ в сечениях реакций (7,7')т были найдены пики, объясняющиеся (см., например, [4, 7]) следующим. По мере роста Е1 сечения этих реакций растут до максимума пика из-за роста полного сечения фотопоглощения стполн, а также из-
СЕЧЕНИЕ РЕАКЦИИ 115!п(7,У)115т 1п
669
за увеличения изомерного отношения ж — относительной вероятности заселения метастабильного состояния с ростом энергии возбуждения ядра: Ж = а(7,У)т[а(7,У)д + а(7,У)т]-1. При Е1 >
> (Е1 )(7п) сечения реакций (7,У)т при увеличении Е1 резко спадают из-за роста вероятности конкурентной эмиссии нейтронов, резко увеличивающейся и превращающейся в превалирующий канал девозбуждения ядер При этом согласно существующим представлениям отношение радиационной ширины Град к полной ширине Гполн монотонно спадает с ростом энергии возбуждения ядра.
Сечение реакции 1151п(7,У)т измерялось в [3—5] путем регистрации наведенной активности от распадов метастабильных состояний в счетном (не в спектрометрическом!) режиме. В результате в [3—5] был обнаружен пик в сечении со значением в максимуме а^ах ~ 1—2.5 мбн и с Г! « 2—7 МэВ при энергии падающих фотонов Е1 = (Е1 )^ах ~ «8—10 МэВ, т.е. около порога (7, п)-реакции (Е7^ - 9.0 МэВ (см. рис. 1).
Кроме того, в [5] был получен дополнительный и, как следовало из анализа, довольно удивительный результат: при —15 ^ Е1 ^ —27 МэВ наблюдался резкий рост измеренного сечения до значений, превышающих в —7 раз максимум а^аах при Е1 « « (Е1 ^ и достигающих десятков процентов от
полного сечения аполн для ядерного фотопоглощения, что "крайне трудно объяснить в рамках статистической модели" [7]. Этот рост достигал области Е1, существенно превышающей положение Е1ГР (параметр, задающий положение максимума подгоночной кривой Лоренца, близок к Ед « « 15.7 МэВ [8]). Ситуация усугублялась тем, что и в последующих измерениях московской группы на 103ЯЬ [9] (см. рис. 2) и на 107Л§ [10], а также в работах, выполненных в других лабораториях на 197Ли [11] и 89У [12], были обнаружены вторые пики в зависимостях а(7, У )т от Е1 при Е1, существенно больших, чем значения Ед для этих ядер.
Попытки разобраться в этой ситуации имеет смысл разделить, во-первых, на анализ существовавших теоретических представлений, связанных с рассматриваемыми задачами, и, во-вторых, на исследование возможных источников ошибок полученных экспериментальных результатов.
В качестве одной из причин полученного в [5] поведения сечения реакции 1151п(7, У)115т 1п в [13] выдвигалось предположение о том, что в [5] во всем измеренном диапазоне Е1 для сечения этой реакции существенно Е 1-фотопоглощение, а значит, аналогично ситуации с упругим рассеянием фотонов на ядрах и у сечения реакции 1151п(7, У )т может быть второй пик при энергии Е1 « Ед для
а, мбн 15
10
а2 х 10
\ а3 х 5
аз х 1 /
\\.а1 х 2
5 10 15 20 25 30
БТ МэВ
Рис. 1. Сечения реакции 1151п(7, У )115т 1п: а1 — измеренное в [3]; а2 — в [4]; аз — в [5].
а, мбн 5 г
4 -
4 8 12 16 20 24 Бт МэВ
Рис. 2. Измеренное в [9] сечение реакции 103 ЯКхУ )103т ЯЬ.
Е1ГР. Хотя это предположение могло бы казаться разумным, но оно не согласуется ни с положением, ни с шириной, ни с величиной полученного в [5] второго пика (точнее резкого подъема) в сечении этой реакции. В частности, для 1151п имеем из [5] для положения второго пика (Е1 )^ах ^ 27 МэВ, тогда как положение максимума кривой Лоренца для Е1ГР на 1151п ЕЛ — 15.7 МэВ. Аналогично: в
103ЯЬ (Е7)тах — 19.5 МэВ [9], ЕЛ — 16.2 МэВ [8];
в 107Л§ (Е7)тах — 21 МэВ [10], ЕЛ = 15.9 МэВ [8];
в 197Ли (Е1 )тах = 15.5 МэВ [11], ЕЛ — 13.8 МэВ [8]; в 89У (Е1 )тах — 17.3 МэВ [12], ЕЛ — 16.8 МэВ [8]. Хотя в двух последних случаях положения вто-
рых пиков в сечениях реакций (7,У)т, на первый взгляд, близки к предположениям работы [13], т.е.
близки к соответствующим значениям Ел, однако учет характера энергетической зависимости отношения (Град/Гполн) (см., например, [14]) и влияния
5
1
0
этой зависимости на положение второго максимума (Е1 ),ах в сечении реакции в области Е1ГР дает, что смещения этих максимумов относительно положений соответствующих подгоночных к Е1ГР кривым Лоренца должны быть в сторону, противоположную наблюдаемой в работах [11, 12].
Другое предположение было выдвинуто авторами работы [15]. Это предположение основано на гипотезе (см., например, монографию [16]), что при энергиях к10 МэВ электрическое дипольное (Е1) фотопоглощение мало, и при этих энергиях превалируют электрические квадрупольные (Е2) в совокупности с магнитными дипольными (М1) 7-переходы. В результате первый пик в сечении реакции обусловлен Е2 (и М 1)-поглощением, а второй — Е1-поглощением, и его положение задается положением Е1ГР. Авторы работы подвергли это предположение самостоятельному экспериментальному исследованию для обнаружения различий мультипольной природы указанных двух пиков, используя различное содержание фотонов различной мультипольности в спектрах виртуальных фотонов при возбуждении ядер электронами. Однако результаты работы [15] не подтвердили предположение о превалировании в области энергий 10 МэВ Е2 (и М 1)-поглощений, хотя, как показывают, например, результаты работ [ 17—20], сопоставление результатов реакций электро- и фотовозбуждений ядер может быть существенным для выделения вкладов мультипольности, отличной от Е1 (в частности, Е2). Что касается предположенного в [15] положения второго пика, то здесь в полной мере применимы те критические замечания, которые сделаны в предыдущем абзаце и связаны с анализом имеющейся экспериментальной информации о положении вторых пиков в сечениях реакций (7, )т.
В работе [21] было выдвинуто предположение, что пики вблизи порогов реакций (7, п) связаны с Е1-поглощением, а вторые пики при Е1 — — 20 МэВ — с Е2-поглощением, причем таким, которое вызывает переходы нуклонов в ядре из более глубокой предпоследней заполненной оболочки в ближайшую свободную оболочку. Образуемые дырки заселяются нуклонами из последней заполненной оболочки, инициируя каскады 7-переходов, приводящих к значительному увеличению отношения Град/Гполн. Однако такая гипотеза находится в противоречии со всей совокупностью современных ядерных данных по энергетической зависимости нуклонных ширин (см., например, [14]).
Имеются также некоторые предположения и сомнения, связанные с возможными некорректностями эксперимента [5], а также экспериментов [3, 4, 9—12]. Рассмотрим предположения об этих некорректностях подробнее.
В работе [3] измерения выхода реакции 1151п(7, 7')т проведены до кинетической энергии электронов, падающих на тормозную мишень, Ее = 24 МэВ, а данные о сечении реакции, извлеченные из этого выхода, приведены до Е1 к к 18 МэВ. Однако в отличие от работы [5] в измерениях, выполненных в [3], отсутствует подъем сечения после первого максимума и наблюдается только его непрерывный спад. Не наблюдается никакого подъема в сечении реакции 1151п(7,7')т после перв
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.