научная статья по теме ФОТОРАСЩЕПЛЕНИЕ ИЗОТОПА CD Физика

Текст научной статьи на тему «ФОТОРАСЩЕПЛЕНИЕ ИЗОТОПА CD»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2013, том 76, № 8, с. 987-992

= ЯДРА ^^

ФОТОРАСЩЕПЛЕНИЕ ИЗОТОПА

©2013г. С. С. Белышев1),2), Б. С. Ишханов1),2), В. Н. Орлин2), К. А. Стопани2), В. В. Ханкин2), Н. В. Шведунов2)*

Поступила в редакцию 05.12.2012 г.; после доработки 07.03.2013 г.

Представлены результаты измерений выходов реакций фоторасщепления изотопа 116Сё, облученного тормозным излучением с максимальной энергией 55 МэВ. Полученные результаты сравниваются с теоретическими расчетами.

DOI: 10.7868/80044002713080059

ВВЕДЕНИЕ

Изучение фоторасщепления ядер, расположенных вблизи замкнутой протонной оболочки Z = 50, представляет интерес, так как дает информацию о роли одночастичных возбуждений в низкорасположенных состояниях. Соотношение выходов различных каналов реакции зависит от механизма возбуждения и распада ядерных состояний в области энергий ^20—50 МэВ. Одним из таких ядер является изотоп 116Cd. В изотопе 116Cd (Z = 48) недостает двух протонов до заполнения протонной оболочки 1g9/2.

Согласно модели независимых частиц 18 нейтронов изотопа 116 Cd находятся в оболочке N = = 50—82. В ряде работ было показано, что пять состояний 1g7/2, 2d5/2, 3s1/2, 2d3/2, 1hn/2, формирующих эту оболочку, делятся на две группы: 1g7/2-2d5/2 и 3s 1/2-2d3/2 1 hn/2 [1-3]. Из анализа спектроскопических данных, извлеченных из реакций срыва и подхвата, следует, что в изотопах Cd происходит практически параллельное заполнение пяти квазичастичных состояний. Уже в легких изотопах Cd (A < 120) нейтроны начинают заполнять состояние 1h11/2. В фотоядерных

реакциях на изотопе 116Cd специфика заполнения квазичастичных состояний должна проявиться в распаде гигантского резонанса на изомерное состояние JP = 11/2" .В настоящее время выполнен один эксперимент [4], в котором были измерены сечения реакций a(Y,n), a(j,2n) и a(j,sn) на естественной смеси изотопов Cd на пучке квазимонохроматических фотонов в области энергии до

1)Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Россия.

2)Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына, МГУ им. М. В. Ломоносова, Россия.

E-mail: gg.swedn@gmail.com

25 МэВ. Целью настоящей работы является измерение выходов различных фотоядерных реакций на изотопе 116Cd и сравнение полученных экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Эксперимент выполнен на 55-МэВ разрезном микротроне РМ-55 [5]. Мишень представляла собой образец массой 0.2 г из обогащенного изотопа 116Cd. Процентное содержание различных изотопов в исследуемой мишени приведено в табл. 1. Облучение проводилось на пучке тормозного излучения с максимальной энергией 55 МэВ. Тормозное излучение генерировалось в вольфрамовой мишени толщиной 2.2 мм. Исследуемая мишень в процессе облучения располагалась непосредственно за тормозной мишенью. Схема проведения эксперимента приведена на рис. 1.

Облучение мишени из обогащенного изотопа 116Cd продолжалось 25 мин. Через 2 мин после окончания облучения мишень была перенесена к детектору из сверхчистого германия, и началось измерение спектров 7-квантов остаточной активности образовавшихся изотопов.

Спектры 7-квантов из мишени измерялись в диапазоне энергий от 35 кэВ до 3.7 МэВ. Общая продолжительность измерения спектров составляла 470 ч. Спектры 7-квантов записывались в память анализатора каждые 3.5 с. Предварительно

Таблица 1. Изотопный состав мишени

Изотоп 106 108 110 111 112 113 114 116

Содержание изотопа[%] 0.02 0.02 0.44 0.47 1.33 0.75 2.77 94.2 ± ±0.3

шкала анализатора была откалибрована с помощью набора стандартных источников, и была получена зависимость эффективности регистрации 7-квантов детектором от их энергии. Энергетическое разрешение HPGe-детектора составляло 0.8 кэВ для 7-квантов с энергией 150 кэВ и 1.9 кэВ для 7-квантов с энергией 1332 кэВ. На рис. 2 в качестве примера приводятся два спектра 7-квантов остаточной активности мишени, измеренные через 5 мин и через 1 сут после окончания облучения. В спектре 7-квантов было обнаружено ^50 максимумов, соответствующих образованию различных радиоактивных изотопов в облученной мишени. Анализ 7-спектров остаточной активности облученной мишени проводился по энергиям 7-квантов распадающихся изотопов и их периодам полураспада с помощью ранее разработанной системы автоматического анализа спектров 7-квантов. Выход реакции У(Т) рассчитывался по формуле

у (Т ) =

5*71п 2

Т1/2^7^^/ (¿облуч^пауза^изм)

(1)

где Т — верхняя граница тормозного спектра (Т = = 55 МэВ); — количество 7-квантов, зарегистрированных в максимумах спектров; е1 — эффективность регистрации детектором 7-квантов данной энергии; Т1/2 — период полураспада образующегося изотопа; 11 — относительная доля 7-перехода; /(¿облучЛаузаЛзм) - временной фактор, зависящий от времени облучения ¿облуч, времени между концом облучения и началом измерения ¿пауза, времени измерения ¿изм, определяется соотношением:

/ (¿облуч, ¿пауза, ¿и

= 1-е

-м.

Л

'облуч | ^

(2)

^ е—^пауза / 1 _ е—

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Поскольку экспериментальные данные по сечениям фотоядерных реакций на изотопе116 Cd отсутствуют, мы сравнили результаты расчетов сечений полного поглощения на изотопе 116Cd с экспериментальными данными работы [4], полученными для естественной смеси изотопов Cd на пучке квазимонохроматических фотонов.

В работе [4] сечения фотоядерных реакций а(ч,п), а(ч, 2п) и а(7,зп) = а(7,п)+а(7, 2п) были измерены в области энергий от порога до 25 МэВ. На рис. 3 приведены экспериментальные данные работы [4] и результаты теоретических расчетов [6, 7] сечений а(7, зп), а(7, п) и а(7,2п).

В целом можно отметить достаточно хорошее описание сечений (7,зп)-реакций в обеих моделях. Заметное отличие теоретического описания

Рис. 1. Схема 7-активационного эксперимента.

Количество отсчетов

105г

104 г

103

102

101

100 105г

104 103 102 101 100

0

.....I Пи

1000 2000

3000 Е, кэВ

Рис. 2. Спектры 7-квантов, измеренные через 5 мин после облучения (а) и через 1 сут (б). Время измерения — 30 мин.

ФОТОРАСЩЕПЛЕНИЕ ИЗОТОПА 116Cd

989

о, мбн 300

200 100 0

250 200 150 100 50

0 160

120

80

40

0

8

24

E, МэВ

Рис. 3. Сравнение экспериментальных данных [4] (точки +) и теоретических расчетов [6] (сплошные кривые) и [7] (штриховые кривые) для сечений реакций (7, ей), (7,п) и (7, 2п).

от экспериментальных данных наблюдается для каналов реакций а(7, п) и а(7,2п). Однако следует иметь в виду, что неоднократно отмечалось сильное различие в экспериментальных сечениях фотонейтронных реакций, измеренных в разных лабораториях [8, 9]. Это различие в основном связано с методическими трудностями разделения каналов реакции с различной множественностью нейтронов. Аналогичная ситуация может иметь место в [4]. На основе моделей [6, 7] были рассчитаны сечения реакций 116 Cd(Y,n)115 Cd, 116 Cd(Y,n)115m Cd, 116Cd(7,p)115Л^ 116Cd(Y, 5п)111тCd, 116Cd(Y, р3п)112Лg, а на основе соотношения

55 МэВ

Y (T ) = a J a(E)W (T,E)dE

(3)

Em

— выходы соответствующих реакций.

Тормозной спектр W(T,E) был рассчитан по программе GEANT для вольфрамовой мишени 2.2 мм [10].

При анализе спектров 7-квантов были обнаружены радиоактивные изотопы, образующиеся в различных реакциях на 116Cd. Полученные результаты приведены в табл. 2. В первом столбце табл. 2 приведена реакция, в которой образовался изотоп. Во втором столбце приведены пороги соответствующих реакций, в третьем столбце — число линий в спектре 7-квантов, по которому идентифицировалась каждая реакция. В четвертом столбце приведены экспериментальные выходы реакций, отнормированные на суммарный выход реакции 116Cd(7, п)115Cd в основном и изомерном состояниях. В пятом столбце представлены результаты расчета на основе комбинированной модели фотонуклонных реакций (КМФР) [6]. В шестом столбце приведены результаты расчета по программе TALYS [7]. В комбинированной модели не предусмотрен расчет сечений реакций с образованием конечных ядер в изомерных состояниях.

Экспериментальный выход реакции 116Cd(7, р)115Лg относится к распаду в основное состояние. Однако приведенный выход реакции, рассчитанный по модели [6], относится к сумме распадов на основное и изомерное состояния, что объясняет разницу в соответствующих данных табл. 2 и согласуется с расчетами по программе TALYS относительных распадов на основное и изомерное состояния.

При описании множественных фотонуклонных реакций в средних и тяжелых ядрах при энергиях ниже порога рождения мезонов часто используется допущение Бора: реакция разбивается на две независимые стадии — образование возбужденной составной системы и распад этой системы на продукты реакции.

В квазидейтронной модели фотоядерных реакций (КМФР) при рассмотрении первой из этих стадий используются полумикроскопическая модель колебаний (ПМК) и квазидейтронная модель фотопоглощения (КДМ), а при рассмотрении второй — экситонная (ЭМ) и испарительная (ИМ) модели распада составной системы.

Вариант ПМК, сформулированный в КМФР, базируется на осцилляторном одночастичном среднем поле с Ьш = 41А—1/3 МэВ и мультиполь-мультипольных остаточных силах, константа взаимодействия которых для изовекторных колебаний оценивается с помощью полуэмпирической формулы, описывающей зависимость энергии изовектор-ного гигантского дипольного резонанса (ИВГДР) от массового числа А. В рамках ПМК вычисляются основные характеристики ИВГДР (в том числе его изоспиновое расщепление), а также изо-векторного гигантского квадрупольного резонанса

Таблица 2. Выходы и пороги реакций

Реакция Порог реакции, МэВ Количество линий в спектре Относительный выход реакции

эксперимент расчет [6] расчет [7]

116С(1(7,П)115С(1 8.1 4 0.88 ±0.04 1 0.866

116С(1(7,п)115тС(1 8.3 3 0.12 ±0.01 0.134

116С(1(7,р)115Аё 10.7 25 0.017 ±0.02 (основное состояние) 0.032 (основное + + изомерное состояния) 0.0005 (основное состояние)

116Сс1(7, 5п)111тСс1 + 37.4 2 0.0018 ±0.0001 - 0.0019 0.0003

+ 114Сс1(7,Зп)111тСс1 + 23.7 0.0002

+ 113Сс1(7,2п)111тСс1 + 15.2 0.0003

+ 112С(1(7,п)111тС(1 9.2 0.0011

116С(1(7,рЗп)112Аё + 31.6 1 0.00076 ±0.0005 0.00012 0.00054

+ 114С(1(7,рп

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