ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2008, том 71, № 11, с. 1937-1947
= ЯДРА
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ГАММА-РАСПАДА И СВОЙСТВА ЯДРА 17ФУЬ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕСЯ ПРИ РАДИАЦИОННОМ ЗАХВАТЕ РЕЗОНАНСНЫХ И ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ
© 2008 г. А. М. Суховой*
Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия Поступила в редакцию 18.12.2007 г.; после доработки 28.03.2008 г.
Выполнен независимый анализ опубликованных данных по интенсивностям первичных гамма-квантов от захвата нейтронов с энергией «2 кэВ в ядре 173УЬ. Распределение разброса этих интенсивностей относительно среднего значения аппроксимировано в различных интервалах энергий первичных гамма-переходов. Экстраполяция полученных распределений к нулевому порогу регистрации интенсивности первичного гамма-перехода позволила независимо от других экспериментальных методик оценить ожидаемое число уровней обеих четностей для спинов 7 = 1—4 и всю возможную сумму парциальных ширин дипольных электрических и магнитных гамма-переходов на уровни с энергией возбуждения до «4 МэВ. Определенные таким образом плотности уровней и суммы радиационных силовых функций подтверждают характерные особенности аналогичных данных, извлеченных из интенсивностей двухквантовых каскадов радиационного захвата тепловых нейтронов для ядер с 40 < А < < 200, и позволяют также оценить знак и величину их систематической погрешности, обусловленной очень сильной зависимостью радиационных силовых функций каскадных гамма-переходов от структуры возбуждаемого уровня (во всяком случае для энергий возбуждения, меньших половины энергии связи нейтрона). Сопоставление с модельными представлениями о плотности уровней показывает, что ядро 174УЬ находится в сверхтекучем состоянии для основной части возбужденных уровней, по крайней мере ниже 3.5—4 МэВ.
РАС Б: 21.10.Ma, 23.20.Lv, 27.70^
1. ВВЕДЕНИЕ
Методика анализа флуктуаций интенсивностей вторичных гамма-переходов захвата резонансных нейтронов позволяет получить общее представление о степени соответствия модельных представлений реальным параметрам гамма-распада ниже энергии связи нейтрона Вп. Она впервые продемонстрировала [1] явное несоответствие представлений о ядре, как о системе невзаимодействующих ферми-частиц, его свойствам.
Анализ интенсивностей двухквантовых каскадов при захвате тепловых нейтронов [2] в большом наборе ядер показал наличие сильно выраженной ступенчатой структуры шириной «2 МэВ в плотности ядерных уровней р ниже «0.5Вп. Дальнейшее развитие этой методики [3] привело к дополнительному установлению факта сильной зависимости парциальных ширин Гif не только первичных, но и последующих гамма-переходов от энергии возбуждаемых уровней f ядра в районе указанной струк-
Е-шаП: suchovoj@nf.jinr.ru
туры. Учет этого обстоятельства заметно уменьшил значение определяемой согласно [3] плотности уровней относительно результатов [2].
Методики [2, 3] принадлежат к классу обратных задач (определение из измеренных в эксперименте функций неизвестных значений их параметров) и поэтому требуют максимально возможных проверок и выявления всех источников систематических погрешностей. Практически это условие определяет необходимость получения данных из максимального набора независимых экспериментов. Весьма актуальна и проблема оценки возможной зависимости найденных согласно [2,3] параметров гамма-распада высоковозбужденных уровней от энергии нейтронных резонансов Л и возможного влияния структуры последних на процесс изучаемой реакции.
Также необходимо:
оценить степень адекватности модельных представлений о гамма-распаде эксперименту;
прямо учесть в моделях радиационных силовых функций сосуществование и сильное взаимодействие ферми- и бозе-систем, и сделать это же
1938
СУХОВОЙ
более детально и точно, чем в настоящее время, — в моделях плотности уровней для ядер любых масс и типов.
Интенсивность 111 двухквантовых каскадов на группу низколежащих возбужденных уровней любых ядер определяется радиационными силовыми функциями к их первичных и вторичных гамма-переходов в совокупности с плотностью уровней р обеих четностей из фиксированного спинового окна. Функциональная связь этих величин с 111 нелинейна, поэтому область множества возможных значений р и к = //А2/3 = Гл//(Е3А2/3Бл) (где А и Бл — масса ядра и расстояние между распадающимися компаунд-состояниями), точно воспроизводящих экспериментальные спектры, всегда ограничена [2] конечным интервалом значений указанных параметров. Этот интервал достаточно узок при условии, что на основании дополнительной экспериментальной информации [3] (или некоторых гипотез [4, 5]) задано соотношение парциальных ширин первичных Гл» и вторичных Г/ гамма-переходов одной и той же мультипольно-сти для всего интервала их возможных энергий и энергий возбуждения ядра. Именно нелинейная форма функциональной связи р и к с 111 позволяет получать указанные параметры гамма-распада из единственного эксперимента с приемлемой результирующей неопределенностью, наименьшей по сравнению с любыми существующими методиками систематической погрешностью [6].
Эксперименты по измерению 111 выполнены к настоящему времени только для захвата тепловых нейтронов. Накопленные экспериментальные данные позволили получить значения р и к для 42 ядер [2] (в рамках обычно используемой гипотезы [4, 5] о независимости радиационных силовых функций от энергии возбуждения ядра Еет) и для 21 из них — при относительно реалистическом учете функции к(Е7, Еет) [3] (экспериментально оцененная ниже энергии возбуждения Еет ~ 4 МэВ).
Следует заметить, что найденные в [3] значительные отклонения отношения К = к(Е1, Еет)/к(Е1 ,Е№ = Вп) от единицы опосредовано и относительно слабо влияют на определяемые значения параметров каскадного гамма-распада. Такое утверждение справедливо для случая анализа интенсивностей двухквантовых каскадов на конечные уровни с энергией возбуждения не более 1 МэВ. В этом случае максимальное изменение полной расчетной радиационной ширины промежуточного уровня каскадов при учете извлеченной из эксперимента функции к(Е1 ,Е№) приводит к уменьшению найденного по методике [3] значения р в районе ступенчатой структуры не более чем в 2 раза по сравнению с [2]. Тем не менее наблюдаемая явная зависимость интенсивности каскадов от
структуры всех трех уровней, включая исходное компаунд-состояние [7], обуславливает необходимость получения новых экспериментальных данных по значениям р и к из иных экспериментов по изучению гамма-распада.
Изучение влияния на процесс каскадного гамма-распада структуры исходных компаунд-состояний в настоящее время является первоочередной задачей эксперимента. Реально это можно сделать при анализе экспериментально измеренных интенсивностей первичных гамма-переходов захвата "фильтрованных" нейтронов с энергией 2 кэВ. Авторы соответствующих экспериментов [8] практически использовали свои данные только для определения спинов и четностей возбуждаемых уровней на базе представлений предельной "статистической" теории гамма-распада, т. е. в рамках гипотез:
о независимости к(Е 1) и к(М 1) от структуры любого распадающегося (Л) и возбуждаемого (/) уровней ядра;
о применимости распределения Портера-Томаса [9] для описания случайных отклонений парциальных ширин гамма-переходов в любом интервале их энергий от средних значений.
Экспериментальных доказательств гипотез [4, 5, 9] для данных, типа приведенных в [8] (конкретное ядро, заданный набор интенсивностей гамма-переходов), не имеется. Поэтому методика анализа должна учитывать возможность невыполнения перечисленных выше предположений.
Базой для предлагаемого ниже анализа являются следующие утверждения:
1) число наблюдаемых в экспериментах на пучках фильтрованных нейтронов первичных диполь-ных гамма-переходов меньше или равно величине рДЕ для любого интервала энергий возбуждения ДЕ и спинового окна, определяемого правилами отбора по мультипольности;
2) сумма ширин наблюдаемых переходов меньше или равна сумме ширин всех возможных первичных гамма-переходов;
3) функции правдоподобия при аппроксимации распределения случайных отклонений интенсивности от среднего значения имеют единственный максимум;
4) экспериментальные значения рДЕ и суммы Гл/ могут быть определены с приемлемой погрешностью экстраполяцией кривой, аппроксимирующей распределения случайных интенсивностей гамма-переходов к нулевому порогу их регистрации;
5) усреднение случайных флуктуаций ширин первичных гамма-переходов по исходным компаунд-состояниям уменьшает дисперсию их
распределения независимо от степени справедливости гипотезы [9]. Иначе говоря, для любых наборов интенсивностей возбуждаемых в реакции (п, 7) гамма-переходов их распределение может быть описано х2-распределением с неизвестным значением V числа степеней свободы (практически — распределением, близким к нормальному, с дисперсией а2 « 2^).
Последнее означает, что число первичных гамма-переходов с интенсивностью ниже порога регистрации эксперимента [8] существенно уменьшается по сравнению с аналогичными данными, полученными при распаде единственного компаунд-состояния. Как следствие, определение параметров распределения интенсивностей первичных гамма-переходов по наблюдаемой в эксперименте его части в реакции (п, 7) обеспечивает максимально возможную точность экстраполяции функции распределения случайных значений ин-тенсивностей в область ниже порога регистрации.
Поэтому точность оценки числа ненаблюдаемых гамма-переходов и суммы их парциальных ширин из данных [8] должна быть выше той, что можно достичь при анализе интенсивностей первичных гамма-переходов захвата тепловых нейтронов. Соответствующая методика разработана ранее и апробирована на большом наборе данных по ин-тенсивностям двухквантовых каскадов в [10].
Принципиально важную проблему в такого рода анализе представляет неизвестный закон распределения отклонений случайных ширин от среднего значения. На факт несоответствия разброса случайных интенсивностей первичных гамма-переходов и ожидаемого для данного ядра значения V при захвате нейтронов с энергией 2 кэВ впервые указали авторы работы [11]. Но, к сожалению, попыток решения
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.