ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2013, том 77, № 4, с. 433-442
УДК 539.17
СЕЧЕНИЯ ПАРЦИАЛЬНЫХ ФОТОНЕЙТРОННЫХ РЕАКЦИЙ НА ЯДРЕ 115In И РАЗДЕЛЕНИЕ НЕЙТРОНОВ ПО МНОЖЕСТВЕННОСТИ
© 2013 г. В. В. Варламов1, В. Н. Орлин1, Н. Н. Песков1, М. Е. Степанов12
E-mail: Varlamov@depni.sinp.msu.ru
Для изотопа индия 115In выполнен совместный анализ экспериментальных данных по сечениям полных и парциальных фотонейтронных реакций, полученным с помощью квазимоноэнергетиче-ских фотонов, образующихся при аннигиляции релятивистских позитронов. С применением объективных абсолютных критериев надежности и достоверности данных проанализированы хорошо известные систематические расхождения между результатами разных экспериментов, рассмотрены методы их учета. С использованием данных по сечению реакции полного выхода фотонейтронов ст( у, xn) в рамках нового экспериментально-теоретического подхода к оценке сечений парциальных реакций получены новые надежные и достоверные оцененные данные по сечениям парциальных реакций ст(у, n), ст(у, 2n) и ст(у, 3n), свободные от недостатков экспериментальных методов разделения фотонейтронов по множественности.
DOI: 10.7868/S0367676513040297
ВВЕДЕНИЕ
Хорошо известно, насколько широко востребованы надежные и достоверные данные по сечениям как полных, так и парциальных фотонейтронных реакций для решения задач фундаментальных и прикладных исследований, разнообразных приложений. В течение длительного времени они использовались в исследованиях соотношений прямых и статистических процессов при формировании и распаде высоковозбужденных ядерных состояний, роли различных компонент при формировании изоспинового расщепления гигантского дипольного резонанса (ГДР), конкуренции переходов различного типа, формирующих компоненты конфигурационного расщепления ГДР, и многих других фундаментальных проблем электромагнитных взаимодействий.
К настоящему времени опубликовано (и включено в соответствующие атласы, например [1, 2], и базы данных, например [3]) достаточно большое количество данных по сечениям реакции полного выхода нейтронов
ст(у, хп) ~ ст(у, п) + 2ст(у, 2п) + 3ст(у, 3п) + ..., (1) полной фотонейтронной реакции
ст(у, жп) ~ ст(у, п) + ст(у, 2п) + ст(у, 3п) + ... (2) и составляющих их парциальных реакций (у, п), (у, 2п) и (у, 3п).
В последние годы все более актуальными становится приложение таких данных в области мо-
1 Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.
ниторинга светимости пучков ультрарелятивистских ядер современных коллайдеров на встречных пучках. Для решения задач такого мониторинга регистрируются коррелированные пары нейтронов, возникающих в процессах взаимной электромагнитной диссоциации каждого из сталкивающихся ядер, происходящей под воздействием лоренц-сжатых кулоновских полей ядер. Основными механизмами взаимной электромагнитной диссоциации являются возбуждение и последующий распад по однонейтронному каналу состояний ГДР в каждом из сталкивающихся ядер. Следовательно, надежность мониторирования пучков кол-лайдеров прямо связана с надежностью данных о сечениях парциальных фотонейтронных реакций, прежде всего — однонейтронной реакции (у, п), на некоторых специально подобранных ядрах — Аи, РЬ [4], 1п [5]. Для первых из указанных ядер детальный анализ соотношения различных каналов распада ГДР был выполнен ранее [5].
Настоящая работа посвящена анализу достоверности экспериментальных данных о сечениях парциальных фотонейтронных реакций на ядре 1151п и их надежной оценке в рамках нового экспериментально-теоретического подхода.
1. УЧЕТ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ РАСХОЖДЕНИЙ РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПУТЕМ ИХ ВЗАИМНОЙ
СОГЛАСОВАННОЙ КОРРЕКТИРОВКИ
Большинство данных по сечениям парциальных фотонейтронных реакций получено с помощью квазимоноэнергетических аннигиляционных фотонов в Лоуренсовской Ливерморской нацио-
нальной лаборатории (National Lawrence Livermore Laboratory, Ливермор, США) и в Центре ядерных исследований Франции (France Centre d'Etudes Nucleaires de Saclay, Сакле, Франция). Исследования, посвященные сравнительному анализу результатов разных экспериментов [6—9], показали, что между ними имеются существенные расхождения явно выраженного систематического характера. При достаточно хорошем согласии сечений реакции полного выхода нейтронов (1), не зависящих от проблем разделения нейтронов по множественности, между сечениями парциальных реакций ст(у, n), ст(у, 2n) и ст(у, 3n), прямо зависящих от этих проблем, наблюдаются расхождения, достигающие ~100%. Такие расхождения данных по сечениям парциальных реакций, полученных в Ливерморе и Сакле, оказываются разнонаправленными: как правило, сечения реакции образования одного нейтрона ст(у, n) имеют в Сакле заметно большие значения, чем в Ливерморе, а для сечений реакции образования двух нейтронов наблюдается обратное соотношение.
В [7] было выполнено детальное сравнение данных по фоторасщеплению ядра 181Ta, полученных как с помощью одного из методов разделения нейтронов по множественности, так и с помощью альтернативного метода наведенной активности, такого разделения не требующего. Было показано, что расхождения данных по сечению парциальной реакции 181Ta (у, n)180Ta, полученных в Ливерморе и Сакле, обусловлены недостатками метода разделения нейтронов по множественности, использованного в Сакле. В то время как в Ливерморе количество нейтронов с множественностью 2 было определено достаточно корректно, в Сакле число нейтронов с множественностью 2 было занижено. Поскольку в анализируемой области энергий возможны только две парциальные реакции, естественным следствием стало неоправданное завышение числа нейтронов с множественностью 1. Такая интерпретация причин расхождений позволила применить относительно простой метод [7] приведения данных экспериментов обоего типа к согласию — возвращение "лишней" части сечения реакции ст(у, n), полученного в Сакле, в соответствующее сечение реакции ст(у, 2n).
Для этого с использованием коэффициента R R = ст£п/а Лп = (а£ + 2стСп )/(стЛ + 2аЛ"), (3)
нормирующего сечения реакции полного выхода фотонейтронов (1) в области энергий до порога B2n реакции (у, 2n), рассчитывается та часть сечения реакции ст(у, n), определенного в Сакле, которая была приписана ему ошибочно и которая может быть после соответствующего пересчета перенесена ("возвращена") в сечение реакции а(у, 2n). После простого преобразования соотношения (3) сечение реакции полного выхода фото-
нейтронов, полученное в Сакле, может быть записано в виде
Я = ахс/ ахлп = (аХ + 2аХ" )/(стЛ + 2а Л"), (4)
ах" = (аХ + 2аХп) = ЯаX" = Я (ах + 2а Л"), (5) и, следовательно,
ЯаЛ" = аХп* = аХ" + 12 (аХ - ЯаX) • (6)
При этом скорректированное сечение реакции (у, " должно (6) выглядеть следующим образом:
ЯаX = аХ* = аХ - (аХ - ЯаX), (7)
где разность (аХ — Яа X), рассчитывается в области энергий, больших В(2").
Для 12 ядер, исследованных в Ливерморе и Сакле [7—9], дополненных затем [9] данными для других семи ядер, было показано, что в результате совместной корректировки сечений реакций ст(у, .т), а(у, " и а(у, 2") сечения парциальных реакций
а(у, 2"), оцененные по данным Ливермора (а X11* =
= Яа Лn) и Сакле (аХ"* (6)), существенно сближаются, как и соответствующие им сечения реакции а(у, т.е. в результате взаимной корректировки "плохие" данные Сакле приближаются к "хорошим" данным Ливермора, нормированным с использованием коэффициента Я (4), которые и нужно использовать как оцененные надежные и достоверные.
Результаты, полученные в рамках такого подхода [9] для изотопа 1151", приведены на рис. 1. Хорошо видно проявление отмеченных выше систематических расхождений данных "до" корректировки (1.09, 0.55 и 0.94) и их устранение после описанной выше взаимной корректировки (1.00, 1.02, 1.00). Такое положение дел типично для всех 19 ядер (51У, 75Аз, 89Х 902г, 1151", 116, 117, 118, 120, 12^, 1271, 133Х8, 159ТЬ, 165Но, 181Та, 197Аи, 208РЬ, 232Т^ 238и), рассмотренных в [9].
Данные по интегральным сечениям реакций а(у, " и а(у, 2") для изотопа 1151", определенным в Ливерморе [10] и Сакле [11], полученные в результате их совместного анализа [7—9], представлены в табл. 1.
2. НЕОБХОДИМОСТЬ ОБЪЕКТИВНОГО КРИТЕРИЯ НАДЕЖНОСТИ ДАННЫХ
Вместе с тем на рис. 1б видно, что "хорошее" сечение реакции 1151"(у, "У14!", полученное в Ли-верморе в области энергий ~21—25 МэВ, ведет себя весьма странно. Оно быстро спадает, переходит в область физически недостоверных отрицательных значений, затем возвращается в область положительных значений, затем вновь переходит в область отрицательных значений. Появление в "хорошем" сечении Ливермора физически недо-
стоверных отрицательных значений делает сомнительной интерпретацию правильности разделения фотонейтронов по множественности в этом эксперименте. Рассмотренный выше метод взаимной корректировки данных [7—9] представляет собой способ определения "лишних" вкладов в сечения реакции с множественностью 1 "возвращения" их обратно в сечения реакций с множественностью 2 и приведения результатов разных экспериментов к согласию. К сожалению, он не устраняет первопричину обсуждаемых расхождений, т.е. ошибок, совершенных при разделении фотонейтронов по множественности. Это ставит на повестку дня необходимость разработки подхода, свободного от недостатков экспериментальных методов определения множественности нейтронов.
Для объективного анализа надежности и достоверности данных о разделении фотонейтронов по множественности был предложен подход [12, 13], основанный на использовании специальных переходных функций множественности:
^ = ст(у, т)/ст(у, хп) = ст(у, т)/ст[(у, п + + 2ст(у, 2п) + 3ст(у, 3п) + ...],
(8)
которые, по определению, не могут превышать соответственно значений 1.00, 0.50, 0.33. Превышение указанных предельных значений указывает на физически недостоверное соотношение между сечениями реакций (у, п) и (у, 2п), (у, 2п) и (у, 3п), находящее наиболее яркое выражение в появлении физичес
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.