ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2010, том 73, № 8, с. 1382-1393
= ЯДРА ^^
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ а-ЧАСТИЦ НА МЕТОДОМ УГЛОВЫХ а^-КОРРЕЛЯЦИЙ
ПРИ Еа = 30.3 МэВ
2010 г. Л. И. Галанина*, Н. С. Зеленская, И. А. Конюхова, В. М. Лебедев, Н. В. Орлова, А. В. Спасский
Научно-исследовательский институт ядерной физики Московского государственного
университета, Россия Поступила в редакцию 28.12.2009 г.
Приводятся результаты измерения угловой зависимости дифференциальных сечений рассеяния а-частиц на 28 81 и двойных дифференциальных сечений реакции 2881(а, а7)28 81 при Еа = 30.3 МэВ для углов вылета а-частиц от 20° до 160° с возбуждением нижних состояний ядра 28 81(0+, осн.; 2+, 1.78 МэВ; 4+, 4.62 МэВ; 0+, 4.96 МэВ; 3" +4+, 6.88 МэВ + 6.89 МэВ). Безмодельным способом восстановлены компоненты спин-тензора матрицы плотности состояний 2+(1.78 МэВ) и 4+(4.62 МэВ) ядра 2881*. Для состояния 3"(6.88 МэВ) восстановлены семь компонент ранга 6. Определены ориентационные характеристики 28 81*. Экспериментальные результаты сравниваются с расчетами в предположении механизма коллективного возбуждения ядра и метода связанных каналов.
1. ВВЕДЕНИЕ
Ядро 28Si, принадлежащее Id—2§-оболочке, представляет собой особо интересный объект исследований. С одной стороны, оно обладает статической деформацией, и его состояния даже при небольших энергиях возбуждения имеют несколько вращательных полос и не могут корректно описываться моделью оболочек. С другой стороны, величина этой деформации не столь велика, чтобы характеризовать состояния 28 Si такими коллективными моделями, в которых состояния различных полос не влияют друг на друга. По всей вероятности, структура этого ядра в основном и низших возбужденных состояниях является промежуточной и в значительной степени определяется смешиванием вращательных полос.
Рассеяние а-частиц на ядрах 28 Si исследовалось в ряде работ [1—5] в интервале энергии бомбардирующих а-частиц от 10 до 28 МэВ. В частности, были измерены угловые зависимости дифференциального сечения упругого и неупругого рассеяния а-частиц на нижние возбужденные состояния этого ядра, а также функции угловых а7-корреляций в плоскости реакции [1,3, 4]. Найдено, что рассеяние на нижнее 2+-состояние ядра 28 Si можно описать в рамках метода связанных каналов (МСК) [6], но МСК для уровня 4+(4.62 МэВ) практически не воспроизводит экспериментальные
E-mail: galan_lidiya@mail.ru
угловые распределения, полученные в [1 —5] в области больших углов. Отмечено также, что в возбуждение состояния 4+(4.62 МэВ) может давать вклад механизм составного ядра (СЯ) [7]. Однако оценки вклада СЯ при Еа ^ 20 МэВ разными авторами существенно различаются. Так, в [1] отмечено, что СЯ играет определяющую роль в возбуждении этого состояния, а в [3] — что вклад СЯ менее 30%. В [5] показано, что вклад этого механизма и в дифференциальные сечения, и в ориентационные характеристики ядра 28 81 в возбужденных состояниях незначителен. Поэтому в настоящей работе мы его учитывать не будем.
Другими словами, механизм рассеяния а-частиц ядрами 28 81 в настоящее время до конца не выяснен, и его изучение по-прежнему остается актуальным. Экспериментальные и теоретические исследования продолжаются в широком диапазоне энергий а-частиц (от 6 до сотен МэВ), однако в большинстве работ изучается упругое рассеяние в различных моделях (в оптической модели для определения ее параметров или в более сложных подходах для выяснения их адекватности [8—14]).
В настоящей работе для исследования механизма взаимодействия а-частиц с энергией 30.3 МэВ с 28 81 измерены угловые зависимости дифференциальных сечений с возбуждением нижних состояний ядра 0+, 2+(1.78 МэВ), 4+(4.62 МэВ), 0+(4.96 МэВ), 3-(6.88 МэВ) и 4+(6.89 МэВ).
Только первые три уровня можно отнести к вращательной полосе, связанной с основным состоянием 28 Б1. Кроме того, в реакции 28 Б1(а, а7)28 Б1 изучались угловые ^-корреляции в различных плоскостях относительно плоскости реакции, позволившие полностью восстановить матрицу плотности 28 Б1 в состоянии 2+(1.78 МэВ) и ее значительную часть в состояниях 4+(4.62 МэВ) и 3"(6.88 МэВ). В нашей ранней работе [5] матрица плотности 28Б1 в реакции 28Б1(а, а7)28Б1 при Еа = 25 МэВ была восстановлена для состояния 2+(1.78 МэВ) и частично для состояния 4+(4.62 МэВ). В [5] компоненты спин-тензоров полученной матрицы плотности рассчитывались в рамках МСК. В настоящей работе полученные экспериментальные данные рассматриваются в предположении механизма коллективного возбуждения (КВ) ядра и МСК.
В разд. 2, 3 изложена методика эксперимента и приведены полученные экспериментальные результаты. В разд. 4 на примере расчета дифференциальных сечений реакции 28Б1(а, а')28Б1* излагается краткая характеристика теоретических методов. В разд. 5 экспериментальные результаты по ориентационным характеристикам ядра 28 Б1* сравниваются с теоретическими, рассчитанными в различных теоретических подходах. В Заключении суммируются краткие выводы из полученных результатов.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Эксперимент выполнен на циклотроне НИИЯФ МГУ на пучке а-частиц с энергией 30.3 МэВ. В качестве мишеней использовались кремниевые пластины толщиной от 0.5 до 3 мг см"2 с природным содержанием изотопов. Измерения угловых зависимостей дифференциального сечения и часть измерений угловых а7-корреляций (контрольные измерения) были выполнены с мишенями тоньше 1 мг см"2, а остальные результаты получены с более толстыми мишенями. Толщина пластин оценивалась по величине энергетических потерь в них а-частиц, упруго рассеянных на тонкой мишени 197Ли, при этом погрешность определения толщины составила около 10%.
Погрешность абсолютных значений дифференциального сечения в среднем составляла около 20% и определялась в основном погрешностями измерения толщины мишени и калибровки интегратора тока.
Угловые зависимости дифференциальных сечений измерялись в отдельном эксперименте поверхностно-барьерным полупроводниковым детектором, располагавшимся вне камеры рассеяния. Рассеянные а-частицы в этом случае выводились из камеры через горизонтальную щель с тонким
(20 мкм) лавсановым окном. Угловое разрешение детекторов при измерении дифференциального сечения не превышало ±1°, а погрешность определения нулевого угла была ±1°.
При измерении двойных дифференциальных сечений для регистрации а-частиц, рассеянных на ядрах 28 Si, использовались четыре кремниевых полупроводниковых поверхностно-барьерных детектора (ППД) с толщиной чувствительной области до 400 мкм. Напряжение смещения на детекторах подбиралось так, чтобы эта толщина совпадала с пробегом а-частиц, упруго рассеянных на мишени 28Si. При этом условии высокоэнергетические заряженные частицы из других реакций не мешали идентификации а-частиц. Детекторы располагались внутри камеры рассеяния диаметром 230 мм на столике с переменным углом наклона относительно горизонтальной плоскости. Угловое разрешение детекторов при измерении двойных дифференциальных сечений составляло ±2°.
7-Кванты регистрировались четырьмя сцинтил-ляционными детекторами БДЭГ-23 с кристаллами NaI(Tl) высотой и диаметром 63 мм, установленными с фиксированным интервалом по углу A6Y = = 32.5° на подвижной горизонтальной кольцевой платформе вне камеры рассеяния. Угловое разрешение 7-детекторов составляло ±13° и учитывалось при обработке экспериментальных данных. В настоящем эксперименте не было необходимости в абсолютной калибровке эффективности этих детекторов. Энергетическая калибровка 7-детекторов и контроль их относительной эффективности проводились перед каждой серией измерений с помощью источников 60Co и Pu—Be. Контроль относительной эффективности 7-детекторов в ходе эксперимента осуществлялся также путем поворота платформы на угол 32.5°, что обеспечивало повторное измерение (при трех углах) двойных дифференциальных сечений со сменой 7-детекторов.
Двойные дифференциальные сечения для каждого угла ва измерялись при пяти—девяти значениях полярных углов вылета 7-квантов dY в интервале от 20° до 150° и трех-четырех значениях азимутальных углов (в интервале = 180°— 270°). С учетом повторных измерений для каждого угла ва было получено от 30 до 60 значений двойных дифференциальных сечений, по которым с помощью метода линейной регрессии определялись (см. ниже) компоненты спин-тензоров матрицы плотности. Общая длительность экспозиции составила 20 суток. На один угол ва в эксперименте зарегистрировано в среднем около 13000 совпадений. Всего в эксперименте зарегистрировано более
Я1Ч
Е3У
Е2
Е2
Е2
— 4+ (6.89 МэВ)
— 3- (6.88 МэВ)
Е2
— 0+ (4.98 МэВ)
— 4+ (4.62 МэВ)
-2+ (1.78 МэВ)
0+
Из найденных двойных дифференциальных сечений методом наименьших квадратов были найдены компоненты Акк(ва) спин-тензоров матрицы плотности ядра 28 Б1 в состояниях 2+(1.78 МэВ), 4+(4.62 МэВ) и 3"(6.88 МэВ). Экспериментальные функции угловой корреляции Ш(в~(, р; 9а) = = (2а/(0,адля каждого ва были параметризованы с помощью выражения [16]
Ш (в1 ; ва
1
\/4тг^ л/2 к + 1
(1)
х Акк(ва)У£Кв),
Рис. 1. Схема низших уровней ядра 28 Б1, исследованных в настоящей работе. Стрелками указаны типы и мультипольности электромагнитных переходов.
300 000 совпадений, при этом случайные совпадения составляли в среднем около 25% от этого значения. Статистические ошибки измеренных двойных дифференциальных сечений, как правило, не превышали 15%.
Информация о попадающих в детекторы а-частицах и 7-квантах поступала на обработку в измерительно-вычислительный комплекс, регистрирующий а7-совпадения в виде временных спектров и сортирующий информацию в компьютере с анализом временных и энергетических спектров по числовым окнам. Детальное описание экспериментальной установки и измерительно-вычислительного комплекса приведено в [15].
При обработке спектров совпадений 7-квантов с группами а1 (1.78 МэВ — уровень 2+ 28 Б1), а2 (4.62 МэВ - уровень 4+ 28 Б1) и а6 (6.879 МэВ -уровень 3" 28 Б1) в 7-спектрах устанавливались окна 1-2, 1-3 и 1-7 МэВ соответственно.
Всего в компьютере одновременно накапливалось 16 спектров а7-совпадений, соответствующих всем парам ППД и 7-дете
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.