ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 7, с. 914-919
УДК 539.17.02
ПОРОГОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МАЛОНУКЛОННЫХ СИСТЕМАХ
© 2015 г. С. Н. Абрамович
Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский НИИ экспериментальной физики, Саров
E-mail: abramovich@expd.vniief.ru
Статья представляет собой обзор экспериментальных данных по пороговым аномалиям в малонук-лонных системах. В качестве иллюстрации богатства спектроскопической информации, получаемой при изучении пороговых аномалий, рассматривается система 7Li + t вблизи порога 7Li(t,n)9Be*(Ex = 14.4 МэВ, T = 3/2). Анализ функций возбуждения каналов реакции 7Li + t позволил получить энергии нижайших уровней с изоспином T = 2 ядра 10Be, установить их спины и четности, а также квантовые характеристики нуклононестабильного ядра 10Li, его массу и энергию первого возбужденного уровня.
DOI: 10.7868/S0367676515070030
Пороговые явления в ядерных реакциях более полувека привлекают внимание исследователей своей уникальной возможностью детального изучения структуры ядер вблизи энергетического порога открытия какого-либо канала реакции, так как при этом происходит резкое изменение энергетической зависимости физических величин, характеризующих составную систему, вызванное ее радикальной внутренней перестройкой. Сохранение потока вероятности приводит к унитарности матрицы столкновений, что вместе с требованием аналитичности амплитуды реакции, обусловленной принципом причинности, является основой формального аппарата теории пороговых явлений (ТПЯ). Приведем цитату из монографии [1]:
"Изучение пороговой аномалии позволяет получить много сведений:
1) отношение наклонов кривой сечения до и после порога определяет величину диагональных элементов матрицы рассеяния;
2) угловое распределение дает модуль амплитуды рассеяния;
3) угловое распределение аномального члена позволяет определить величину орбитального момента, а затем найти все фазы упругого рассеяния;
4) абсолютная величина аномалии дает величину полного сечения реакции;
5) четность и величина орбитального момента дают сведения об относительной четности пар ядер во входном и выходном каналах и определяют величину спина остаточного ядра".
Особенности поведения дифференциальных и полных сечений каналов реакции и упругого рассеяния вблизи порога одного из каналов были предсказаны Е. Вигнером в 1948 году [2]. Через десятилетие (в 1957 году) Г. Брейтом [3] и А. Базем [4] была построена последовательная ТПЯ, кото-
рая обобщена Л.М. Лазаревым [6] на основе микроскопической теории Фешбаха [5] на случай многочастичных реакций и резонансов в составном ядре вблизи порога.
Настоящая статья представляет собой обзор экспериментальных данных по пороговым аномалиям в малонуклонных системах. Следует отметить, что в [7] проведено рассмотрение работ по пороговым аномалиям в реакциях на ядрах среднего и большого веса. Таким образом, настоящая работа спровоцирована работой [7] и является естественным дополнением к ней. Малонуклонные системы являются наиболее удобными объектами для изучения пороговых явлений из-за сравнительно низкой плотности состояний составной системы в районе порога [8]. В работах [9—13] обнаружены пороговые аномалии большой амплитуды в полных сечениях реакций 7Ы(3Ие,р)9Ве, 3И(7П^)9и 7П(^)9и 10Ве(а,р)13В, пВ(?,р)13В.
Рассмотрим использование анализа пороговых аномалий на примере исследования свойств состояний с Т = 2 в ядре 10Ве по аномалии в реакции 7Ы(?,р)9Ы. На рис. 1 изображены экспериментальные данные, полученные в работе [13].
Напомним основные факты (рис. 1):
♦ центр аномалии находится вблизи порога зеркальной относительно 7Ы(?,р)9Ы реакции 7Ы(?,и)9Ве*(Г = 3/2, Ех = 14.4 МэВ;
♦ форма выхода пороговых нейтронов канала 7Ы(?,и)9Ве*(Г = 3/2, Ех = 14.4 МэВ) соответствует порогу с орбитальным моментом £ п = 0;
♦ в других каналах аномалия отсутствует,
♦ ступенчатая и асимметричная форма аномалии,
♦ малая протяженность аномалии (~100 кэВ),
♦ большая амплитуда аномалии (размах ~30%).
ст, отн. ед. 44
•ь.
34
24
14
1 (-20)
2 ( + 10>
3(+20) "Ч
-I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
5.4
5.6
5.8
6.0
Е, МэВ
Рис. 1. Сечения реакций 7П(Г,/>)9П (3), 7Ы(Г,а)6Не (4) вблизи первого порога канала 7ЩГ,я)9Ве*(Г = 3/2). 1 — выход нейтронов из реакции 7Ц + Г — п под углом 90°; 2 — выход пороговых нейтронов под углом 0° в реакции 7П(Г,п)9Ве*(Г = 3/2).
ст, мб 45
40
35
30
5.4
5.6
5.8
6.0 6.2 Е, МэВ
Рис. 2. Двухуровневое описание аномалии в реакции 7Ы(Г,р)9Ц. 1 — оба уровня отрицательной четности,
2 — один отрицательной четности, другой — положительной, 3 — оба уровня положительной четности.
4
4
ВЫВОДЫ
♦ аномалия вызвана интерференцией порога с двумя узкими компаунд-состояниями ядра 10Ве,
♦ эти состояния имеют изоспин Т = 2,
♦ нижние Т = 2-состояния в 10Ве и 10Ы представляют собой тесные дублеты (величина расщепления ~100 кэВ),
♦ большая величина аномалии может быть обусловлена только «-порогом (т.е. нейтроны в пороге рождаются с орбитальным моментом £ п = 0), отсюда отрицательная четность нижних Т = 2 состояний в 10Ве и 10Ы.
В работе [8] на основе ТПЯ, развитой в [6], получено аналитическое выражение для зависимости от энергии полного сечения реакции 7Ы(?,р)9Ы вблизи порога 7Ы(?,п)9Ве*(Г = 3/2, Ех =
= 14.4 МэВ/ Результаты подгонки этого выраже-
2
ния по методу хmi„ под экспериментальные данные из [13] представлены в табл. 1 и на рис. 2 [14]. Из рисунка и таблицы видно, что только вариант с двумя уровнями отрицательной четности описывает наблюдаемую картину. Свойства обнаруженных Т = 2-состояний 10Ве приведены в табл. 2 [14]. Наличие близко лежащего к уровню с высоким Т нейтронного порога облегчает теоретический анализ по двум причинам:
♦ интерференция уровня и порогового состояния значительно усиливает пороговый эффект,
♦ может быть применена теория пороговых явлений [6], которая позволяет определить четности уровней, их энергию, полные ширины, парциальные ширины, вклады нерезонансных процессов и найти степень связи каналов реакции.
Таблица 1. Двухуровневое описание аномалии в составном ядре 10Be
Четности уровней 2 X min Ей,, МэВ Г1ур, МэВ Е2ур, МэВ Г2ур, МэВ
- - 127 5.595 0.114 5.687 0.086
+ - 238 5.326 1.22 5.651 0.083
+ + 338 5.250 1.578 5.696 0.080
Таблица 2. Свойства нижайших Т = 2 состояний 10Ве. уп и ур — приведенные нейтронная и протонная ширины
Энергия возбуждения, МэВ Спин, четность Изоспин Полная ширина Г, кэВ (Y 7У)2
21.168(42) 1- 2 80 3.32
21.232(69) 2- 2 60 32.9
916
АБРАМОВИЧ
Таблица 3. Свойства основного и первого возбужденного состояний ядра 10Ы. Гп — нейтронная ширина, Бп — энергия связи нейтрона, уп — приведенная нейтронная ширина
Энергия возбуждения, МэВ Спин, четность, изоспин Г « Гп, кэВ (Уп)2 , кэВ Бп, кэВ
0 2-,2 57 336 -27
0.061 1-, 2 12 40 -88
Так как Т = 2 состояния 10Ве являются аналогами основного и первого возбужденного состояний ядра 10Ы, с помощью изобарических мульти-плетных массовых уравнений и систематики энергий кулоновской перестройки [15, 16] удается предсказать свойства этих состояний ядра 10Ы (табл. 3).
Отметим, что отрицательная четность основного состояния ядра 10Ы находится в противоречии с предсказаниями стандартной оболочечной модели [17]. Объяснение этого аномального поведения последовательности заполнения уровней дано в [18].
Большую интенсивность проявления пороговой аномалии в канале 7Ы(/',р)9Ы А. И. Базь объяснил изоспиновой связью этого канала с пороговым каналом 7Щ,п)9Ве*(Г = 3/2, Ех = 14.4 МэВ) [19].
Следует ожидать появления аномалии вблизи порога канала 7П(^,п)9Ве*(Г = 3/2, Ех = 16.98 МэВ), энергия которого составляет около 9.3 МэВ.
Экспериментальное подтверждение этого в рамках методики регистрации равновесной активности
а, мб 30
20 -
10 -
0
100 Г
50 -
9П, как это делалось в работе [13], осуществить невозможно из-за открытия канала при энергии ускоренных тритонов около 6 МэВ, так как в-спектр распада 8Ы "накрывает" в-спектр от 9Ы. Разделить их вклады можно, используя разницу в периодах полураспада. Для этого была разработана методика пульсирующего пучка ускоренных ионов [20]. На рис. 3 приведены результаты этих экспериментов. Действительно, при энергии 9.3 МэВ в функции возбуждения канала на рис. 3 при должной фантазии можно разглядеть "перелом", который следует интерпретировать как пороговую аномалию, вызванную открытием канала 7Ы(/',п)9Ве*(Г = 3/2, Ех = = 16.98 МэВ).
Как уже упоминалось выше, измерение дифференциальных сечений в пороговой области дает гораздо больше спектроскопической информации, чем в случае использования полных сечений [1]. Однако для реакции 7Ы(/',р)9Ы осуществление этих измерений встречает значительные трудности из-за малой энергии протонов в районе аномалии.
Аналогичная пороговая аномалия обнаружена в полном сечении реакции 7Ы(3Ие,р)9Ве [9]. На рис. 4 представлены результаты измерений выходов у-квантов из возбужденных состояний ядер
Е, МэВ
Рис. 3. Результаты измерений сечений каналов реакции 7Ы + ? в режиме пульсирующего пучка ускоренных ионов: а - 7Щ?,р)9П; б - 7П(?,й08Ы
14 16 Е(3Не), МэВ
Рис. 4. Выход гамма-квантов из реакции 7Ы + 3Ие, данные из [9].
а
0
йо/йО, мб • ср
150
-1
100
50
0 1.0
150 г
100
50
1.0
1.5
2.0
2.5
1.5
2.0
2.5 Еп, МэВ
Рис. 5. Дифференциальные сечения 7Ы(р,р0)7Ь1 под углами 90° (а) и 150° (б). Экспериментальные данные — из [21]. Сплошная линия — описание с помощью ТПЯ [6].
йо/б,О, мб • ср 1
150
100
50
0
1.0 1.5
120 100 80 60 40
20
1.0
2.0
2.5
1.5
2.0
2.5
Е МэВ
Рис. 6. То же, что и на рис. 5, для углов 167° (а) и 110° (б).
9Ве и 9В, образующихся при бомбардировке ионами 3Не мишени из 7Ы в результате реакций 7Ы(3Не,р)9Ве и 7Ы(3Не,п)9В [9]. Вблизи порога канала 7Ы(3Не,п)9В*(Т = 3/2) наблюдается аномалия, которая обусловлена интерференцией порога и уровней с Т = 2 компаунд-ядра 10В.
Анализ этих данных с помощью ТПЯ приводит к большим погрешностям получаемых параметров теории из-за недостаточной экспериментальной обусловленности этих величин [6].
Более сложная ситуация рассмотрена в работах [6, 8] пр
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.