ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 7-8, с. 716-724
ЯДРА
СВОЙСТВА ИСТИННОГО ЧЕТВЕРНОГО ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР ПРИ УЧЕТЕ ЕГО МНОГОСТУПЕНЧАТОГО И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ХАРАКТЕРА
(© 2015 г. С. Г. Кадменский*, Л. В. Титова, А. О. Булычев
Воронежский государственный университет, Россия Поступила в редакцию 19.01.2015г.
Анализ базисных механизмов двойного и тройного деления ядер позволил сделать заключение о последовательном двухступенчатом (трехступенчатом) характере истинного тройного и четверного деления ядер, при котором на первом этапе из делящегося ядра под влиянием эффектов "встряски", обусловленных неадиабатичностью коллективного деформационного движения делящегося ядра, вылетает (вылетают) третья легкая частица (третья и четвертая легкие частицы), а затем оставшееся ядро делится на два фрагмента деления. Это позволило использовать для описания относительных выходов, а также угловых и энергетических распределений третьих и четвертых легких частиц, вылетающих парами (а, а), (1,1) и (а,Ь) при истинном четверном спонтанном делении ядра 252О и вынужденном делении ядер-мишеней 235и, 233и тепловыми нейтронами, формулы для ширин последовательных двухступенчатых и трехступенчатых распадов ядер, полученные ранее при построении теории двухступенчатых двухпротонных распадов и многоступенчатых распадов в цепочках генетически связанных ядер. Предложены механизмы, объясняющие резкое уменьшение выходов появляющихся вторыми по времени частиц, входящих в пары легких частиц, вылетающих в истинном четверном делении ядер, по сравнению с выходами аналогичных частиц в истинном тройном делении ядер.
DOI: 10.7868/S0044002715030125
1. ВВЕДЕНИЕ
Первые экспериментальные доказательства существования четверного деления ядер, при котором из составного (начального) делящегося ядра (Z, A) вылетают продукты деления (Zi,Ai), удовлетворяющие законам сохранения заряда i Zi = Z и массы i Ai = A и состоящие из легкого (i = = 1) и тяжелого (i = 2) фрагментов деления, а также двух легких третьей (i = 3) и четвертой (i = = 4) частиц, были получены при изучении реакции 235U(n, f) на тепловых нейтронах [1, 2] и спонтанного деления ядер 252Cf [3] и 248Cm [4]. Более детальные исследования четверного деления были проведены в работах [5—7] для деления ядер 233U и 235 U холодными нейтронами и в работах [6, 7] для спонтанного деления 252Cf, где были проанализированы не только выходы, но и угловые и энергетические распределения образующихся с наибольшей вероятностью пар легких заряженных частиц (a, a), (a, t) и (t, t). В этих же работах [5— 7] было продемонстрировано существование двух видов четверного деления ядер: истинного, когда все четыре появляющиеся легкие и тяжелые частицы вылетают в узком интервале времени порядка
E-mail: kadmensky@phys.vsu.ru
нескольких ядерных времен (~10_21 с), и псевдочетверного, когда происходит тройное деление ядра с вылетом нестабильной легкой частицы, которая затем распадается с образованием наблюдаемых третьей и четвертой легких частиц. В качестве подобных нестабильных легких частиц могут фигурировать, например, ядра 8Ве и 7Ы, распадающиеся с образованием соответственно пар (а, а) и (а, ¿).
В работе [8] в рамках квантовой теории деления ядер [9—12] были исследованы характеристики истинного четверного деления ядер при рассмотрении его как совокупности трех следующих друг за другом по времени процессов: вылета первой, затем вылета второй из двух легких частиц (^3,А3) и А4) и, наконец, двойного деления оставшегося после вылета легких частиц ядра с появлением фрагментов деления (И1,А1) и (И2,А2). Данное описание истинного четверного деления полностью соответствует описанию истинного тройного деления как последовательного двухступенчатого процесса, когда на первом этапе из-за влияния эффектов неадиабатичности коллективного деформационного движения делящегося ядра [13—15] из шейки делящегося ядра вылетает легкая частица, а на втором этапе происходит двойное деление оставшегося после ее вылета ядра.
Целью настоящей работы является обоснование возможности последовательных многоступенчатых механизмов истинного тройного и четверного деления ядер при использовании результатов квантовой теории тройного деления [9—12] и развиваемых в настоящее время теорий двухступенчатых двухпротонных и многоступенчатых распадов ядер [16-18].
2. БАЗОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ ДВУХПРОТОННЫХ РАСПАДОВ ЯДЕР
Поскольку в настоящей работе при исследовании истинного четверного деления ядер предполагается использование теоретических подходов к описанию двухпротонных распадов (ДР) ядер, естественно проанализировать основные результаты указанных подходов. В настоящее время развиваются два основных варианта теории ДР. Первый вариант, соответствующий одноступенчатому ДР ядер, связан с представлением об одновременном развале родительского ядра (2, А) на два протона и конечное ядро (2 — 2,А — 2) и основан на К-матричном варианте теории трехчастичных распадов ядер, он развит в работах, цитируемых в обзоре [19] и использующих формализм трехчастичных гиперсферических функций. Второй вариант теории
717
ДР использует диаграммную технику и опирается на концепцию двухступенчатых двухпротонных распадов (ДДР) ядер [16, 17], протекающих как следующие друг за другом по времени однопро-тонные распады (ОР) родительского (2, А) и промежуточного (2 — 1,А — 1) ядер. В этом случае
возможны последовательные и виртуальные ДДР, появляющиеся при учете соответственно полюсных и неполюсных частей функции Грина промежуточного ядра (2 — 1,А — 1), возникающего после испускания родительским ядром (2, А) первого протона. В работе [16] было показано, что виртуальные ДДР доминируют в полных ширинах ДДР по сравнению с последовательными ДДР в случаях, когда одна из энергий первого или второго ОР Q1 или Q2 имеет отрицательное значение (в этом случае последовательные ДДР запрещены энергетически) либо когда обе энергии Ql и Q2 имеют положительные значения, но одна из них по величине гораздо меньше второй. В случаях же, когда энергии Q1 и Q2 имеют соизмеримые положительные значения, доминируют последовательные ДДР, для которых соответствующие ширины
/ , \ посл
распада (Г2Лал ) определяются [16] как
Г^аУ0СЛ_ V" 1 Р1 ■1А-КУА-1П11 1 Р2^-2<ТА-23212 ^ т
3Л-1-Л-13Л-2-Л-231113212
где ^л^л-шЬ (^3^1-2-1-23212
парциальные ширины ДР родительского (2, А)
(промежуточного (2 — 1,А — 1)) ядра с полными
спинами 1а (1а-1) и остальными квантовыми
числами оа (оа-1 ); г3л-1(тл-1 — полная ширина
распада промежуточного ядра, а ]111 (]212) —
полный спин (орбитальный момент) первого р1
(второго р2) вылетающего протона. В работе
[18] при использовании формализма кинетических
уравнений для цепочки распадов генетически
связанных ядер [20] было показано, что формулы для ширин последовательных и виртуальных двухступенчатых двухпротонных распадов ядер
[16, 17] могут быть обобщены на случай любых многоступенчатых распадов ядер, включая и их деление.
3. МЕХАНИЗМЫ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ДВОЙНОГО И ТРОЙНОГО ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР
Рассмотрим механизмы низкоэнергетического спонтанного и вынужденного двойного и тройного деления ядер, которые определяют также важнейшие свойства четверного деления ядер. Для низкоэнергетического деления ядер определяющим является механизм [21], связанный с коллективным деформационным движением аксиально-симметричного деформированного делящегося ядра в направлении к точке его разрыва на фрагменты деления. Расчет параметров этого коллективного движения [22, 23] осуществляется при сохранении направления оси симметрии делящегося ядра на всех этапах процесса его деления и при использовании условия адиабатичности рассматриваемого коллективного движения [21], требующего малости скорости изменения радиуса делящегося ядра
по сравнению со скоростями нуклонов этого ядра вблизи его поверхности Ферми.
Как показано в [24], делящееся ядро остается холодным на всех этапах процесса деления, так что условие адиабатичности не выполняется. В силу этого испарительный механизм появления третьих частиц для истинного тройного деления ядер, предложенный в ряде работ [25, 26], не может быть реализован, а реализуются неиспарительные механизмы их вылета [13—15, 27]. Первый из этих механизмов [27] связан со эпарр^-эффектом, обусловленным очень быстрым разрывом шейки делящегося ядра и приводящим к одновременному образованию третьей частицы и двух фрагментов деления. Второй, по-видимому, более вероятный неиспарительный механизм связан с переходами третьих частиц из поверхностных кластерных состояний в шейке делящегося ядра в состояния непрерывного спектра (в надбарьерные состояния для заряженных третьих частиц) под действием эффекта "встряски", обусловленного неадиабатическим характером коллективного деформационного движения делящегося ядра.
При реализации рассматриваемого механизма вероятность одновременного вылета из делящегося ядра третьей частицы и двух фрагментов деления оказывается пренебрежимо малой. Поэтому истинное тройное деление ядер может рассматриваться как последовательный двухступенчатый процесс, на первом этапе которого из переходного делительного состояния составного делящегося ядра (2, А) выбрасывается третья частица (23, А3) и возникает переходное состояние промежуточного ядра (2 — 23,А — А3), которое на втором этапе испытывает двойное деление с образованием легкого (21, А1) и тяжелого (22, А2) фрагментов деления.
Другими словами, истинное тройное деление ядер, обусловленное неиспарительным механизмом вылета третьих легких частиц, носит последовательный двухступенчатый характер. В результате формулу (1) для ширины последовательного ДДР ядер можно обобщить на случай ширины ГА истинного тройного деления составного ядра (2, А), находящегося в состоянии .л®А, с вылетом легкой частицы 3 и образованием промежуточного ядра, которое затем испытывает двойное деление f' с образованием ядер (2,А1) и (22,А2) (2 = 2 + + 22 + 2з, А = А1 + А2 + Аз):
ЛА-А3 < А-А3
Г^А<?А
Г з/'
£
ГЛА<А Г"А-Аз
3ЛА-А3 <А-А3 /'
А-А3 <А-А3
ГЛА-А3 < А-А
дА< А
где Гд^^ — парциальная ширина распада
ядра (2, А) с вылетом частицы 3
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.