ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2012, том 75, № 11, с. 1414-1424
= ЯДРА ^^
НОВЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ И ОЦЕНКЕ СЕЧЕНИЙ ПАРЦИАЛЬНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИЙ
© 2012 г. В. В. Варламов*, Б. С. Ишханов, В. Н. Орлин
Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Россия Поступила в редакцию 16.01.2012 г.; после доработки 13.04.2012 г.
Наличие существенных систематических расхождений между результатами разных экспериментов по определению сечений парциальных фотонейтронных реакций, прежде всего (7, п), (7,2п) и (7,3п), делает актуальными задачи исследования их надежности и достоверности, разработки методов учета и устранения расхождений. Для решения первой задачи введены объективные абсолютные критерии — переходные функции множественности фотонейтронов Г2, ^3, ..., значения которых по определению не могут превышать соответственно 1.0, 0.5, 0.33, ...С целью решения второй — предложен новый экспериментально-теоретический подход, в котором для оценки сечений реакций совместно используются экспериментальные данные о сечении реакции полного выхода фотонейтронов аэксп(7, хп) = аэкспп) + 2стэксп(7,2п) + 3стэксп(7,3п) + ..., свободные от недостатков экспериментальных методов разделения нейтронов по множественности, и результаты расчетов функций ^[еор, ^угеор, ^3еор, ...в рамках современной модели фотоядерных реакций. Оценки надежных и достоверных данных по сечениям парциальных реакций (7, п), (7, 2п) и (7,3п) — аоцен гп) = ^гтеораэкспхп) — выполнены для ядер 902г, 1151п, 112,114,116,11Г,118,119,120,122,124Зп, 159ТЬ и 197 Ди.
1. ВВЕДЕНИЕ
Надежная и достоверная информация о сечениях полных и парциальных фотонейтронных реакций широко используется в фундаментальных и прикладных исследованиях для решения целого ряда важнейших проблем электромагнитных взаимодействий в области гигантского дипольного резонанса (ГДР).
Прежде всего она востребована для исследования соотношений прямых и статистических процессов при формировании и распаде высоковозбужденных ядерных состояний, определения роли различных компонент при формировании изоспи-нового расщепления ГДР, конкуренции переходов различного типа, формирующих компоненты конфигурационного расщепления ГДР, и многих других. Кроме того, данные о сечениях парциальных фотонейтронных реакций широко используются в самых различных областях науки и техники (ядерная физика и ядерная энергетика, радиационные разделы химии, геологии, медицины, материаловедение и экология и многие другие). В последнее время они востребованы в области самых современных исследований свойств кварк-глюонной плазмы на встречных пучках релятивистских ядер крупнейших в мире установок (для мониторинга
E-mail: Varlamov@depni.sinp.msu.ru
светимости таких ускорителей используются процессы взаимной электромагнитной диссоциации сталкивающихся ядер, основным механизмом которой является возбуждение и последующий распад по однонейтронному каналу ГДР сталкивающихся ядер).
Данные системного анализа [1,2] сечений полных и парциальных фотонейтронных реакций позволили установить, что между результатами разных экспериментов имеются значительные расхождения. Различия методов получения информации о сечениях реакций приводят к заметным (в среднем 12%) систематическим расхождениям результатов уже при определении сечения а(ч,хп) реакции полного выхода фотонейтронов [1].
Еще более существенными оказываются расхождения между сечениями парциальных реакций (7,п), (7,2п), (7,3п), ... Большинство экспериментов по их определению выполнено с квазимо-ноэнергетическими аннигиляционными фотонами в Ливерморе (США) и Сакле (Франция) с использованием разных методов разделения фотонейтронов по множественности, основанных на предположении о прямой связи этой множественности со средней энергией нейтронов. Между результатами Ливермора и Сакле наблюдаются [2] большие (до 60%) и разнонаправленные расхождения — в Ли-верморе очевидно переопределенными оказываются сечения реакций (7,2п) и недоопределенными
новый подход к анализу и оценке сечении
1415
сечения реакции (7,п), а в Сакле — наоборот (так, отношения "Ливермор/Сакле" для сечений реакции (7,2п) оказываются существенно больше 1, а для сечений реакции (7, п), напротив, существенно меньше 1). В табл. 1 представлены результаты детального анализа [3] отношений сечений полных и парциальных фотонейтронных реакций на ядре 159ТЬ. На рис. 1 приводится характерный пример таких расхождений — сравнение результатов разных экспериментов по определению сечения реакции 159 ТЪ(7,2п).
Систематические расхождения с очевидностью обусловлены недостатками использованных в экспериментах методов разделения фотонейтронов по множественности — отношения сечений реакций а(^,п) и 2п), зависящих от особенностей использованных методов, существенно отличаются от отношений сечений реакции а(^,хп), от этих особенностей не зависящей.
Причины систематических расхождений сечений п) и 2п) были исследованы лишь в отдельных работах (например, [9, 10]). Таблица 2 [2, 9] дает достаточно полную картину масштаба обсуждаемых явлений. Эти исследования не имели системного характера, что приводило к тому, что рекомендации по устранению расхождений были, очевидно, противоречивыми: уменьшавшими рассогласование одних данных, но увеличивавшими — других.
Наиболее последовательным представляется подход [2], с помощью которого был выполнен системный анализ сечений как полных, так и различных парциальных реакций, полученных и в Ливерморе, и в Сакле, для 19 ядер от 51V до 238 и (в том числе и 12 ядер, исследованных в работе [9]). Был сделан вывод, который подтверждают данные табл. 1 и 2, о том, что данные по сечению реакции (7,2п), полученные в Сакле, расходятся с данными Ливермора, поскольку 2п) оказываются заниженными (недоопределенными) по сравнению с 0(7, п): часть нейтронов из сечения реакции 0(7, 2п) неоправданно перекачивается в сечение реакции 0(7, п). Примененная в работе [2] взаимная корректировка данных Ливермо-ра и Сакле возвращала "недостающий" вклад нейтронов в сечение 0(7, 2п) после извлечения соответствующего ему вклада из сечения 0(7, п), т.е. сближала данные Сакле с данными Ливермора.
о, мбн 200
160 -
120 -
80 -
40 -
0 -
24 28 В3п Е, МэВ
Рис. 1. Сравнение данных о сечении реакции 159ТЬ(7,2п), полученных в разных экспериментах, и результатов расчетов. Точки: ▲ — квазимоноэнергетические фотоны, Ливермор [4]; ■ — квазимоноэнергетические фотоны, Сакле [5]; ★ — данные, полученные в настоящей работе по результатам эксперимента с тормозным 7-излучением, Москва [6]. Кривая — результат теоретического расчета [7, 8].
парциальных реакций, полученных в Ливерморе. Прежде всего это относится к сечениям 0(7,4), в которых обнаруживается присутствие областей отрицательных значений. На рис. 2а приведен характерный пример — сечение реакции 116 Бп(7, п) [11]. Оно ведет себя весьма странно: вместо типичного плавного уменьшения за максимумом ГДР резко спадает, в области энергий 21—26 МэВ переходит в область "нефизических" отрицательных значений, с ростом энергии оно проявляет некий локальный максимум, после которого вновь попадает в область отрицательных значений.
"Нефизический" характер поведения сечения реакции 116 Бп(7, п) полностью подтверждается данными рис. 26, на котором приведена одна из специально предложенных переходных функций множественности фотонейтронов — .
Такие функции
= <(7, п)/а(ч, хп) = 0(7, п)/[а(^, п) + (1) + 20(7, 2п) + ... + 3<т(1, 3п) + ...],
£2 = 0(7, 2п)/а(7, хп),
(2)
2. ОБЪЕКТИВНЫЕ И АБСОЛЮТНЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ДАННЫХ О СЕЧЕНИЯХ ПАРЦИАЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ
Вместе с тем были выявлены очевидные признаки физически некорректного поведения сечений
£3 = 0(7, 3п)/а(7,хп)... (3)
были впервые (несмотря на простоту и прозрачный смысл) введены [12, 13] в качестве объективных и абсолютных критериев контроля того, насколько надежно и достоверно (вернее — ненадежно и недостоверно) в эксперименте выполнено разделение
1416 ВАРЛАМОВ и др.
Таблица 1. Отношения интегральных сечений ^Лнт/аснт для различных реакций на ядре 159ТЬ [3]
Ешт, МэВ Реакция
(7, хп) (7; п) (7, 2п)
20.0 2340/2480 = 0.94 1370/1800 = 0.76 485/352 = 1.37
27.4 3170/3200 = 0.99 1390/1950 = 0.71 870/610= 1.43
Таблица 2. Сравнение [2] отношений величин интегральных сечений ^Л"т/аснт (МэВ мбн) реакций (7, п), (7, 2п) и (7, хп), полученных в Ливерморе и Сакле
Ядро сг™т(7, п)/сг™т(7, п), отн. ед. сг™т(7, 2п)/сг™т(7, 2п), отн. ед. ст™т(7, хп)/аЛ"т(7, хп), отн. ед.
51у 1.07 0.79 1.07
75 Аэ 1.21 1.22 1.21
89 у* 1.25 0.87 1.25
90 2г 1.26 0.73 1.25
1151п* 0.97 0.76 0.97
1168п 1.10 0.92 1.10
1178п* 1.02 0.93 1.02
1188п* 1.07 0.86 1.07
120§п* 1.00 0.86 0.99
1248п* 0.93 0.94 0.93
1271 1.34 1.07 1.33
133Сз* 1.10 0.86 1.11
159 ТЬ* 1.07 0.71 1.07
165 Но* 1.20 1.05 1.20
181 Та* 1.25 0.89 1.25
197Аи* 1.00 0.69 1.00
208РЬ* 1.21 0.77 1.21
232 ть 0.84 0.69 0.84
238 у 0.76 0.79 0.81
Ядра, ранее исследованные в [9].
нейтронов по множественности. По определению функции Е1, , ^з, ... не могут принимать значений, больших соответственно 1.0, 0.5, 0.33, ..., а превышение такими функциями значений указанных абсолютных пределов определенно означает ошибочность разделения нейтронов по множественности. Прямым следствием этого служит по-
явление областей очевидно физически недостоверных (во многих случаях отрицательных) значений в сечениях реакций, прежде всего в тех, которые были по тем или иным причинам недоопределены.
Функции Е1(Е) и (Е) с точки зрения анализа надежности-ненадежности данных о сечениях реакций особого интереса не представляют: Е1 —
*
о, мбн
B2n B3n E, МэВ
Рис. 2. "Нефизическое" поведение экспериментального [11] сечения реакции 116 Sn(7,n), полученного в Ливерморе: a — экспериментальное сечение реакции; б — энергетические зависимости специальных переходных функций множественности FJjt™ (а) и FГеор (кривая) [7, 8].
в силу тривиальности, поскольку отражает относительно простое физически понятное поведение лишь сечения а(^,п) — до порога В2п реакции (7,2п) = 1, а с открыт
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.