ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 3, с. 368-377
УДК 539.173
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ДЕЛЕНИЯ
ЯДЕР ВБЛИЗИ ТОЧКИ РАЗРЫВА
© 2007 г. Г. В. Вальский1, А. С. Воробьев1, А. М. Гагарский1, И. С. Гусева1, Ф. Генненвейн2, Т. А. Заварухина1, Ю. Н. Копач3, Д. О. Криницин4, М. Муттерер5, Г. А. Петров1, В. И. Петрова1, В. Е. Соколов1, О. А. Щербаков1
E-mail: guseva@pnpi.spb.ru
При исследовании эффекта Г-иечетиой асимметрии эмиссии легких частиц относительно плоскости, образованной направлениями оси деления и поляризации делящегося ядра, изучены условия формирования их угловых и энергетических распределений в тройном делении ' 235U, 239Pu и Cm холодными поляризованными нейтронами. Полученные результаты приводят к выводу, что заряженные частицы в тройном делении испускаются делящейся ядерной системой при ее вращении вокруг направления поляризации.
ВВЕДЕНИЕ
Деление тяжелых ядер является одной из наиболее сложных ядерных реакций и до настоящего времени даже при квазиклассическом подходе, развиваемом в течение более полувека, не имеет законченной теории. В то же время эта реакция предоставляет уникальную возможность изучения динамики разрыва ядерной материи при низких энергиях возбуждения за счет внутренних сил ядерного и кулоновского взаимодействий. Именно поэтому детальное изучение таких ядерных превращений до сих пор остается одной из наиболее актуальных задач современной ядерной физики низких энергий.
Среди многочисленных динамических характеристик делящейся системы первостепенными и наиболее важными являются полная энергия возбуждения системы непосредственно перед разрывом и ее распределение между возникающими продуктами реакции, начальные скорости возникающих осколков и легких частиц и их угловые распределения. К сожалению, такие динамические характеристики не могут быть прямо измерены и оцениваются только из косвенных экспериментов. Это связано в основном с тем, что конечные характеристики продуктов деления, измеряемые в экспериментах, формируются уже после ускорения заряженных продуктов реакции в кулоновском поле относительно тяжелых ядер-осколков и после установления ими своих равновесных форм. Ис-
1 Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН, Гатчина.
2 Университет г. Тюбинген, Германия.
3 ФЛНФ Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.
4 Государственный университет, Воронеж.
5 Университет г. Дармштадт, Германия.
ключение составляют массовые и зарядовые распределения основных продуктов деления и их выходы, которые могут быть непосредственно измерены с относительно небольшими поправками на испарение возбужденными осколками быстрых нейтронов ^ ~ 10-18 с) и возможные распады легких частиц при тройном делении.
В последние годы большие надежды возлагались на извлечение важной информации о начальных условиях при разрыве делящегося ядра и эмиссии легких частиц из многопараметрических исследований их конечных характеристик. Однако оказалось, что и в этом случае корректная оценка начальных параметров осколков и легких частиц также невозможна. В связи с отмеченными выше обстоятельствами представляется весьма важным поиск новых путей получения сведений о стартовых характеристиках продуктов реакции деления непосредственно после момента их возникновения.
Определенный прорыв в этом направлении наметился после первых всесторонних исследований квантовых интерференционных эффектов Р-не-четных и Р-четных асимметрий угловых распределений продуктов деления [1, 2], а также эффектов Г-нечетной асимметрии эмиссии легких заряженных частиц в тройном делении относительно плоскости, образованной направлениями поляризации делящейся ядерной системы и оси разлета осколков [3, 4]. В рамках существующих теоретических представлений Р-нечетные и Р-четные эффекты асимметрии формируются на ранней стадии возникновения и существования поляризованного компаунд-ядра и определяются свойствами входных и переходных состояний реакции вблизи вершины барьера деления [5, 6]. Сформировавшиеся здесь интерференционные эффекты при условии адиа-
батичности движения делящейся системы с барьера вплоть до момента ее разрыва приводят к наблюдаемым эффектам асимметрии разлета продуктов деления. Наблюдаемые величины соответствующих коэффициентов асимметрии и характер их зависимости от энергий медленных нейтронов, вызывающих реакции, свидетельствуют о появлении нового независимого метода изучения характеристик входных и переходных состояний при делении. Полученные в этом направлении данные указывают на адиабатический характер движения делящейся системы к разрыву с некоторым нарушением адиабатичности при переходе к более тяжелым делящимся ядрам [1]. Отсутствие или существенно меньшие величины возможной Р-нечет-ной асимметрии эмиссии а-частиц по сравнению с осколками, свидетельствуют о существенно разных механизмах и временах их формирования при тройном делении.
В отличие от этих интерференционных эффектов Г-нечетный эффект асимметрии эмиссии легких заряженных частиц при тройном делении (так называемый TRI-эффект) в основном обусловлен взаимодействием продуктов деления в конечных состояниях реакции [4]. Именно поэтому как величины соответствующих коэффициентов асимметрии, так и их основные характеристики определяются свойствами делящейся системы непосредственно вблизи точки ее разрыва. Тем самым этот эффект вместе с недавно открытым эффектом сдвига угловых распределений легких частиц в тройном делении (так называемый ROT-эффект [7]) предоставляют совершенно новые возможности получения важной информации о динамике разрыва делящейся системы. Уже первые результаты исследования этих эффектов с определенностью указывают на возможность получения такой чрезвычайно важной информации о делящейся системе вблизи момента ее разрыва как энергии возбуждения и начальные скорости продуктов деления, характерные размеры делящейся системы и угловые моменты частиц.
При учете этих принципиально новых возможностей особый смысл приобретают ведущиеся в ПИЯФ РАН исследования угловых и энергетических распределений быстрых нейтронов деления с целью поиска и изучения характеристик гипотетических разрывных нейтронов, испускаемых, подобно легким заряженным частицам, в момент разрыва делящегося ядра. Очевидно, что характеристики таких нейтронов в отличие от легких заряженных частиц практически не испытывают искажающего влияния сильных кулоновских полей осколков и поэтому наиболее полно отражают условия их рождения при разрыве ядра. В дополнение к этому по современным теоретическим представлениям для разрывных нейтронов могут так-
же иметь место TRI- и ROT-эффекты [7, 8]. Тем самым сам факт надежного обнаружения таких эффектов для нейтронов деления был бы прямым свидетельством существования разрывных нейтронов.
В последующих разделах этой статьи рассматривается современное состояние таких разносторонних экспериментальных и теоретических исследований динамики деления тяжелых ядер при низких энергиях возбуждения и их перспективы.
1. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТОВ Р-НЕЧЕТНОЙ И Р-ЧЕТНОЙ АСИММЕТРИЙ РАЗЛЕТА ОСКОЛКОВ ДЕЛЕНИЯ МЕДЛЕННЫМИ НЕЙТРОНАМИ
Эффект Р-нечетной асимметрии угловых распределений осколков деления, свидетельствующий о нарушении пространственной четности в этой реакции, был впервые наблюден в работах Г.В. Даниляна и др. [9] и вызвал целый цикл экспериментальных и теоретических работ по его дальнейшему исследованию. При выполнении этих исследований было установлено, что наряду с этим эффектом в процессе деления наблюдаются и ранее известные в ядерной физике Р-четные эффекты лево-правой и вперед-назад асимметрий разлета продуктов ядерных реакций, также имеющие интерференционную природу. В общем виде эти корреляции выглядят следующим образом:
W(Q)~ 1 + a„f(on • pLH) +
+ alrdn •[pLH x Pn] + afb(PLH • Pn)
LH
(1)
где через а, обозначены соответствующие коэффициенты асимметрии, сп и рп - единичные векторы в направлениях поляризации и импульсов
^ьи
нейтронов, а р - единичный вектор импульсов осколков легкой или тяжелой группы масс. Согласно теории, все эти эффекты при делении тяжелых ядер медленными нейтронами связаны либо со смешиванием слабым взаимодействием близлежащих компаунд-состояний с противоположной четностью (Р-нечетный эффект), либо с перекрытием 5- и р-волновых нейтронных резонансов (Р-четные эффекты) соответственно. Как следствие, вблизи вершины барьера деления направления поляризации компаунд-ядра, возникающей при поглощении поляризованного нейтрона, и оси его деформации оказываются скоррелированны-ми. Если при дальнейшей эволюции компаунд-ядра пространственная ориентация оси деформации сохраняется, то возникшие корреляции приводят к наблюдаемым интерференционным эффектам в угловых распределениях продуктов реакции деле-
Таблица 1. Экспериментальные значения коэффициентов асимметрии вместе с делительными характеристиками ядер-мишеней: J - спин компаунд ядра, Cf - сечение деления, (Вп - ЕА) и (Вп - Ев) - энергии возбуждения компаунд ядра над барьерами А и В, АЕ5С - энергия возбуждения в точке разрыва ядра, ^) и (Г) - среднее расстояние между резонансами и их делительная ширина, и - 5- и р-силовые функции
Ядро Величина 229Th 233и 234и 235и 237Кр 239Ри 241Ри 241Дш 245Сш 249Cf
J ^ 5/2+ 5/2+ 0+ 7/2- 5/2+ 1/2+ 5/2- 5/2- 7/2+ 9/2+
бн 30 529 0.07 583 0.022 748 1011 3.2 2145 1642
(Вп - Еа), МэВ 1.2 1.2 -0.3 0.9 -0.1 0.9 0.7 -1.0 0.76 0.9
(Вп - Ев), МэВ 0.1 1.3 -0.3 1.0 0.4 1.4 1.2 0.1 2.26 2.6
АЕ5С, МэВ 15 20 - 19 20 22 21 26 26 28
^), эВ 0.53 0.55 - 0.44 0.52 2.3 1.34 0.55 1.14 1.07
(Г), эВ - 0.37 - 0.15 10-6 1.13 0.35 1.5 ■ 10-4 - -
^ ■ 104 0.62 1.04 - 1.0 1.02 1.3 1.1 0.9 1.2 1.0
^ ■ 104 (~2) (~2) - 1.8 2.3 (~2) (~2) (~2) (~2) (~2)
аnf ■ 104 -5.6(2) 3.6(1) 0(2) 0.84(6) 0.9(4) -5.0(1) -0.89(4) -1.0(2) 0.26(6) 0.1(1)
а1г ■ 104 2.1(3) -2.3(2) - 1.6(1) - 1.3(3) - - 0.1(1) -
ния. Полученные экспериментальные значения средних коэффициентов Р-нечетной О/ и Р-четной лево-правой а1г асимметрий разлета осколков вместе с характеристиками ядер-мишеней представлены в табл. 1.
Видно, что, хотя
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.