научная статья по теме ДОСТОВЕРНЫЕ СЕЧЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИЙ НА ИЗОТОПАХ 188,189OS, СВОБОДНЫЕ ОТ ПРОБЛЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ ПО МНОЖЕСТВЕННОСТИ Физика

Текст научной статьи на тему «ДОСТОВЕРНЫЕ СЕЧЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИЙ НА ИЗОТОПАХ 188,189OS, СВОБОДНЫЕ ОТ ПРОБЛЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ ПО МНОЖЕСТВЕННОСТИ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2014, том 78, № 5, с. 599-608

УДК 539.17

ДОСТОВЕРНЫЕ СЕЧЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИЙ НА ИЗОТОПАХ 188189Os, СВОБОДНЫЕ ОТ ПРОБЛЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕЙТРОНОВ ПО МНОЖЕСТВЕННОСТИ © 2014 г. В. В. Варламов1, М. А. Макаров2, Н. Н. Песков1, М. Е. Степанов1, 2

E-mail: Varlamov@depni.sinp.msu.ru

Проанализированы экспериментальные данные по сечениям парциальных фотонейтронных реакций, полученные для изотопов l88,189Os с помощью пучков квазимоноэнергетических аннигиляционных фотонов и метода разделения вылетающих нейтронов по множественности. С использованием специальных критериев — переходных функций множественности Fi = ст(у, in)/a(y, xn), отношений сечения соответствующей парциальной реакции к сечению реакции полного выхода нейтронов ст(у, xn) = = ст(у, 1n) + 2ст(у, 2n) + 3ст(у, 3n), свободному от проблем экспериментального определения множественности нейтронов — показано, что данные получены со значительными систематическими погрешностями. В рамках предложенного ранее экспериментально-теоретического подхода для изотопов оценены новые данные для сечений парциальных фотонейтронных реакций (у, 1n), (у, 2n), (у, 3n), а также для полной фотонейтронной реакции (у, sn). Показано, что причиной значительных систематических погрешностей экспериментальных сечений парциальных реакций является неоднозначность связи множественности фотонейтронов с величиной их кинетической энергии.

DOI: 10.7868/S0367676514050263

ВВЕДЕНИЕ

В рамках программы исследований данных по сечениям парциальных фотонейтронных реакций [1—5] было показано, что большинство данных такого типа, полученных с помощью различных экспериментальных методов разделения фотонейтронов по множественности, содержат значительные систематические погрешности, обусловленные неоднозначностью определения множественности детектируемых нейтронов.

В различных областях энергий налетающих фотонов специально введенные критерии присутствия систематических погрешностей — переходные функции множественности

= ст(у, /п)/ст(у, хп) = ст(у, /п)/ст[(у, 1п) + + 2ст(у, 2п) + 3ст(у, 3п) + ...],

имеют значения, превышающие физически допустимые по определению — 1.00, 0.50, 0.33, ... соответственно для / = 1, 2, 3, ... В тех же областях, в которых в сечениях реакций с некоторой множественностью / наблюдаются значения функции превосходящие указанные пределы, в сечениях ре-

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына.

2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва.

акций с другими множественностями наблюдаются физически запрещенные отрицательные значения.

С целью получения данных о сечениях парциальных фотонейтронных реакций, свободных от такого рода систематических погрешностей, был предложен [1, 2] экспериментально-теоретический подход к оценке сечений, свободный от недостатков экспериментального разделения нейтронов по множественности. Метод основан на использовании в качестве исходной экспериментальной информации данных по сечению реакции полного выхода нейтронов

ст(у, хп) ~ ст(у, 1п) + 2ст(у, 2п) + 3ст(у, 3п) + ..., (2)

которые не связаны с проблемой разделения нейтронов по множественности. Разделение сечения полной реакции на сечения парциальных реакций (у, 1п), (у, 2п) и (у, 3п), проводится с помощью расчетов, выполненных в рамках комбинированной модели фотоядерных реакций [6, 7]. При таком подходе оценка сечений парциальных реакций стоцен(у, /п) выполняется с использованием энергетических зависимостей рассчитанных

1 т^теор

переходных функций г/ и экспериментальных данных по сечению реакции полного выхода фотонейтронов стэксп(у, хп):

стоцен(у, /п) = ^теор аэксп(у, хп). (3)

Оцененные данные по сечениям парциальных реакций (у, 1п), (у, 2п), (у, 3п), а также полной реакции

а(у, жп) ~ а(у, 1п) + а(у, 2п) + а(у, 3п) + ... (4)

ст, мб

600 г

500 400 300 200 100 Ь

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Б2п B3n E, МэВ

Рис. 1. Сравнение теоретических [6, 7] исходного (штриховая линия) и скорректированного (сплошная линия) сечений с экспериментальным (треугольники) [8] сечением полной фотонейтронной реакции Ш08(у, Хп).

которые в случае средних и тяжелых ядер представляют собой хорошее приближение к сечению полного фотопоглощения, поскольку в этой области ядер сечения протонных реакций имеют малые величины, ранее были получены в рамках описанного выше подхода для большого числа средних и тяжелых ядер - 902г, 1151п, И2,114,116,117,118,119,120,122,124§п,

159ТЬ, 181Та, 197Аи [1-5].

Настоящая работа посвящена детальному анализу полученных в одном эксперименте данных о сечениях парциальных фотонейтронных реакций на изотопах 188,18908, представляющих большой интерес с точки зрения решения ряда как ядерно-физических, так и астрофизических проблем. В частности, в результате фотоядерных реакций с испусканием различного количества нейтронов на стабильных изотопах 186,187,188,189,190,19208 в ^-процес-сах ядерного синтеза возможно образование ядра 194Об. Оно представляет собой одно из так называемых "обойденных" ядер, образование которых в природе невозможно в традиционных s- и г-процес-сах с участием реакций радиационного захвата нейтронов и радиоактивных распадов [6]. Кроме того, соседние изотопы 188,18908 представляют интерес с

точки зрения детального сравнения особенностей фоторасщепления ядер, различающихся всего одним нейтроном.

В рамках описанного выше подхода для обоих изотопов 188,189Об оценены сечения реакций (у, 1п), (у, 2п), (у, 3п) и (у, sn) и проанализированы причины их расхождений с экспериментальными [8] сечениями реакций.

1. ФОТОРАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА 18!0

1.1. Взаимное согласование экспериментальных и теоретических данных по сечению реакции полного выхода нейтронов 188Os(y, хп)

Для изотопа 18808 данные о сечениях реакций (у, 1п), (у, 2п), (у, 3п), (у, sn) и (у, хп) получены в единственном эксперименте [9], выполненном на пучке квазимоноэнергетических аннигиляци-онных фотонов с использованием метода "кольцевых отношений" для разделения фотонейтронов по множественности.

Сечение реакции полного выхода нейтронов стэксп(у, хп), которое используется как исходное в описанном выше экспериментально-теоретическом подходе к оценке сечений парциальных реакций, хорошо описывается (рис. 1) в комбинированной модели фотоядерных реакций [6, 7]. Однако имеются небольшие расхождения между экспериментальным и теоретическим сечениями. Об этом свидетельствуют приведенные в табл. 1 данные об интегральных сечениях и энергетических центрах тяжести сечений реакций (рассчитанных для трех областей: до порога Б2п = 14.3 МэВ реакции (у, 2п), до порога Б3п — 22.5 МэВ реакции (у, 3п) и до максимальной исследованной энергии 31.0 МэВ). Так, отношения интегральных сечений для указанных трех областей энергии равны соответственно 0.97, 1.07 и 1.05, тогда как для промежуточной области (Б3п—Б2п) — 1.13. С целью достижения максимального сближения сравниваемых сечений для нормировки теоретического сечения был выбран коэффициент 1.13, рассчитанный для промежуточной области энергий, представляющей наибольший интерес с точки зрения соотношения сечений парциальных реакций а(у, 1п) и а(у, 2п).

Данные рис. 1 и табл. 1 свидетельствуют также о том, что сравниваемые сечения имеют и несколько различные энергетические калибровки. Для устранения этого расхождения и совмещения

0

Таблица 1. Центр тяжести Е°т. и интегральное сечение стинт сечений реакции 18808(у, хп)

Ец.т., МэВ стинт, МэВ • мб Ецл"., МэВ стинт, МэВ мб Ец.т., МэВ стинт, МэВ • мб

Область энергии Еинт = Б2п = 14.3 МэВ Еинт = Б3п = 22.5 МэВ Еинт = 31.0 МэВ

Эксперимент [8] 12.4 1394.3 ± 5.1 15.5 3983.0 ± 19.8 17.2 4755.0 ± 58.9

Теория — исх. [6, 7] 12.3 1436.9 ± 31.2 15.4 3700.9 ± 44.7 17.4 4547.8 ± 46.3

Теория — корр. 12.5 1540.8 ± 34.2 15.6 4164.9 ± 56.5 17.6 5173.4 ± 59.3

энергетических положении максимумов теоретическое сечение было сдвинуто в сторону больших энергии на величину 0.3 МэВ. Скорректированное теоретическое сечение, которое существенно лучше согласуется с экспериментальным сечением (табл. 1), было использовано в процедуре оценки сечений парциальных реакции (3) для расчета переходных функции множественности ¥теор (1).

1.2. Анализ систематических погрешностей экспериментальных данных по сечениям парциальных реакций на ядре 188Оз с использованием критериев Р

Рассчитанные с помощью скорректированного сечения атеор(у, хп) переходные функции мно-

т-^теор ^

жественности Д23 представлены на рис. 2 вместе

1 т^эксп

с функциями Д 2 3 , полученными по экспериментальным данным [8].

По определению (1) энергетические зависимости теоретических функций ¥теор могут быть описаны следующим образом. Так как до порога В2п возможна только реакция (у, 1п), Д = 1, а Р2 = Р3 = 0.

Начиная с энергии Е = В2п, функция Дтеор уменьшается в соответствии с конкуренцией высокоэнергетической части сечения ст(у, 1п) и начального участка сечения ст(у, 2п), приближаясь сверху (поскольку все члены выражения (1) — сечения реакций — имеют положительные значения) к нулевому значению. В области энергий Е > В2п становится возможной реакция (у, 2п), а поэтому

1 т^теор

функция Д возрастает из-за конкуренции низкоэнергетической части сечения ст(у, 2п) и высокоэнергетической части сечения ст(у, п), приближается снизу к границе "0.50", нигде ее не достигая (1), а начиная с энергии Е = В3п, уменьшается, поскольку становится возможной реакция (у, 3п).

Начиная с энергии Е = В3п, функция ¥3теор возрастает в соответствии с формой сечения ст(у, 3п) и приближается снизу к границе "0.33", нигде ее не достигая.

Энергетические зависимости эксперименту т^эксп

тальных функций Д2,3 существенно отличаются

1 т^теор

от зависимостей теоретических функций Д 23 .

^ т^эксп т-^теор

Функция Д , в целом согласуясь с Д , уменьшается, достигая п

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»