ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2008, том 72, № 3, с. 308-314
УДК 539.171
СТРУКТУРА ОБОЛОЧЕК НОВЫХ МАГИЧЕСКИХ ЯДЕР: СИСТЕМАТИКА СВОЙСТВ
© 2008 г. И. Н. Бобошин1, В. В. Варламов1, Б. С. Ишханов12, С. Ю. Комаров1,
Е. А. Романовский1
E-mail: Varlamov@depni.sinp.msu.ru
При изучении структуры верхних оболочек "новых магических" ядер была установлена эмпирическая закономерность, суть которой заключается в весьма характерной особенности: вблизи энергии Ферми располагаются замкнутые и по протонам и по нейтронам подоболочки с одинаковыми большими значениями полного момента j ("j = /'-связь), над одной из которых располагается также замкнутая подоболочка с j = 1/2. Настоящая работа представляет новые результаты детальных исследований свойств ядер, обладающих выявленной особенностью структуры заполненных верхних протонных и нейтронных подоболочек. Изучено количественное проявление эффектов "новой ма-гичности" в зависимости от степени заполнения нуклонами соответствующих подоболочек. Обнаружено еще несколько ядер, также имеющих, очевидно, магические свойства, с новых позиций рассматриваются все классические, "новые" магические и немагические изотопы кислорода 14-48O.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие подхода к описанию свойств атомных ядер, основанного на идее использования самосогласованного одночастичного потенциала ядерных взаимодействий и спин-орбитального взаимодействия, в свое время позволило получить адекватное описание последовательности заполнения протонами и нейтронами ядра оболочек с различными квантовыми числами. При этом было объяснено происхождение магических чисел нуклонов (2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126), соответствующих полностью заполненным нуклонами оболочкам. Ядра с магическим числом нуклонов имеют целый ряд свойств, существенно отличающих их от соседей. Такие магические ядра являются менее деформированными, имеющими большую энергию связи и специфические особенности расположения нижних возбужденных состояний.
Среди особенностей таких ядер прежде всего следует отметить резонансное поведение таких параметров "магичности", как энергия Е( 2+) первого
2+-состояния (максимум), отношение Е( 4+ )/Е( 2+)
энергий первых 4+- и 2+-состояний (минимум), параметр квадрупольной деформации Р2 (минимум). Для магических ядер проявляются и характерные нерегулярности в значениях энергий отделения одного и двух нуклонов. Было обнаружено, что такие качества ядра с замкнутой протонной оболочкой сохраняются и для всех его изотопов и, наобо-
1 Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломо-
носова.
рот, новые качества ядра с замкнутой нейтронной оболочкой сохраняются у всех его изотонов (хотя в последнее время было установлено, что при удалении от линии стабильности традиционные магические числа могут исчезать, при этом магические свойства ядер проявляются при других числах нуклонов).
Все сказанное отчетливо видно на рис. 1, на котором представлены все известные данные [1] о величине основного из параметров "магичности" -
энергии Е( 2+): все семь классических магических чисел представлены отчетливо выраженными линиями для соответствующих Ъкласс.маг и Л^асс.маг. Все характерные отличия от соседних ядер оказываются наиболее выраженными у дважды магических ядер, у которых числа и протонов и нейтронов являются магическими, из которых наиболее известны ядра 4Не (Ъ = 2, N = 2), 160 (Ъ = N = 8), 40Са (Ъ = N = 20), 48Са (Ъ = 20, N = 28), 208РЬ (Ъ = 82, N = 126). Заметное возрастание значений энергии
Е( 2+) для таких ядер также хорошо видны на рис. 1
местах пересечения линий Z = Z,
'класс.маг
и N =
= N
класс.маг
Вместе с тем на рис. 1 хорошо видны и некоторые области - "острова магичности" - ядер, также
выделяющихся по величине энергии Е( 2+) среди своих соседей и располагающиеся вне упомянутых линий "магичности", например области вблизи (Ъ= = 14-16, N = 14-16), (Ъ = 20, N = 32-34) и (Ъ = 40, N = = 56-58). Наличие таких "островов магичности" свидетельствует о том, что возрастание энергии
Е( 2+) наблюдается и у некоторых ядер, не преду-
смотренных классической моделью оболочек, причем в отличие от ситуации для классических магических ядер, оно происходит не для всех изотопов или изотонов некоторых линий, а лишь для определенных пар нуклонов; по существу такие "новые магические" ядра являются дважды магическими. Было установлено [2-6], что у таких ядер не только наблюдаются большие значения энергии Е( 2+), но и проявляются другие свойства, характерные для магических ядер с замкнутыми оболочками. В печати достаточно широко обсуждаются свойства "новых магических" ядер, хотя правильнее было бы говорить о ядрах, обладающих некоторым набором свойств, характерных для магических ядер.
Настоящая работа посвящена исследованию и обсуждению систематики свойств значительного количества ядер, обладающих набором свойств, характерных для магических ядер, но не предусмотренных классической оболочечной моделью.
НОВОЕ ДВАЖДЫ МАГИЧЕСКОЕ ЯДРО 962г
При систематическом совместном анализе результатов экспериментов по нуклонному срыву и подхвату было обнаружено [2-4] поведение верхней заполненной подоболочки 2й5/2 ядра 962г, характерное для самостоятельной замкнутой оболочки. Полностью заполненная (заселенность Ипц = 0.97, число нейтронов - 5.82) подоболочка 2й5/2 оказывается приблизительно одинаково удаленной и от ниже расположенной заполненной (Ипц = 0.97) оболочки 1^9/2 и от выше расположенной пустой (Ипц = 0.01) оболочки 3^1/2. Тем самым подоболочка 2^5/2 в ядре 962г занимает положение, характерное для отдельной (замкнутой) оболочки в магическом ядре. Именно это происходит, например, в хорошо известных дважды магических ядрах 40, 48Са (при переходе от изотопа 40Са к изотопу 48Са увеличение числа нейтронов сопровождается систематическим уменьшением энергии подоболочки 1/7/2). В случае изотопов циркония аналогичный переход осуществляется от магического ядра 902г N = 50) к магическому ядру 96Хх (И = 56). Исследование энергетических щелей между протонными подоболочками, а также систематики данных по таким параметрам "магичности", как энергия первого 2+-состояния Е( 2+), отношение
энергий первых 4+- и 2+-состояний Е( 4+ )/Е( 2+), параметр квадрупольной деформации Р2, значение энергии отделения нуклона, позволило установить, что по всем характерным признакам число нейтронов N = 56 ядра 962г является магическим для числа протонов X = 40 и, наоборот, число протонов X = 40 является магическим для числа ней-
Энергия £(2+) первого 2+-состояния, кэВ
140 120 100 80 60 40 20
0
I
7000 -6000 -5000 -4000 -3000 -2000 -1000 0
20 40
60
80 100
120
г
Рис. 1. Значения энергии первого 2+-состояния Е( 2+ ) для всех известных ядер [1].
N 66 62 58 54 50 46 42 38
Энергия £(2+) первого 2+-состояния, кэВ
У
36
38
40
42
44
г
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Рис. 2. Значения [1] энергии Е( 2+ ) для изотопов и изотонов, соседних с ядром 962г (X = 40, N = 56).
тронов N = 56, что дает все основания считать ядро 962г новым дважды магическим ядром.
Представление о характере изменений энергии Е( 2+) первого 2+-состояния в соседних с ядром 962г изотопах и изотонах дает рис. 2. На нем приведены все известные к настоящему времени для этого "острова магичности" данные [1], позволяющие выделить ряд моментов, свидетельствующих о магических свойствах ядра 962г (X = 40, N = 56), а также и некоторых его ближайших соседей:
классическое магическое число нейтронов N = = 50 является таковым для всех рассматриваемых ядер в области X = 36-44, при этом явный приоритет имеет число X = 40;
N Энергия £(2+) первого 2+-состояния, кэВ
16
14
12
10
-2000
-1500
-1000
-500
18
Z
Рис. 3. Значения [1] энергии E( 2+ ) для изотопов и изо-их с ядрами 30Si (Z
= 16, N = 14).
тонов, соседних с ядрами 30Si (Z = 14, N = 16) и 30S (Z
число нейтронов N = 56 магично для Z = 40, при этом магические свойства проявляются в определенной степени для некоторой области соседних изотопов и изотонов;
магические свойства соседних с 96Zr ядер в области N = 56 проявляются более ярко при Z = 38, чем при Z = 42.
НОВЫЕ МАГИЧЕСКИЕ ЯДРА: ХАРАКТЕРНАЯ СТРУКТУРА ВЕРХНИХ ПОДОБОЛОЧЕК
Обнаруженное явное отличие ядра 96Zr от своих соседей должно определенным образом отражаться на структуре его верхних одночастичных подоболочек. Эта структура стала предметом специального анализа [4, 5]. Было установлено, что в ядре 96Zr вблизи энергии Ферми имеет место весьма примечательная комбинация трех заполненных подоболочек - п(1/5/2 + 2p1/2); v2d5/2. Полностью заполненными оказываются протонная и нейтронная подоболочки с одинаковым и большим значением момента j = 5/2 ("j = /'-связь), выше одной из которых (протонной) располагается подоболочка с j = 1/2 - n2p1/2.
Поиск подоболочек c иными, нежели 5/2, значениями момента j при наличии расположенной выше подоболочки s1/2 либо p1/2 привел [5] к обнаружению еще нескольких ядер, также обладающих выраженными магическими свойствами (резонансное поведение параметров "магичности" по сравнению с соседними ядрами):
ядро 96Sr (Z = 38, N = 58) - "j = j" = 5/2-связь: n1/5/2; v(2d5/2 + 3s1/2); на рис. 2 - линия Z = 38;
пара ядер 30Si (Z = 14, N = 16) - 30S (Z = 16, N = 14) -"j = j" = 5/2-связь: подоболочки 1d5/2 и v1d5/2 с выше расположенными заполненными (rc/v)2s1/2. На рис. 3 хорошо видно, что максимум магических свойств наблюдается именно для пар ядер (Z = 14, N = 16) и (Z = 16, N = 14);
пара ядер 14C (Z = 6, N = 8) - 14O (Z = 8, N = 6) -"j = j" = 3/2-связь: подоболочки n1p3/2 и v1p3/2 с выше расположенными заполненными (n/v)1pX/2; несмотря на выделенность обеих пар магических чисел, максимумом магических свойств обладает ядро 14C (Z = 6, N = 8);
ядро 54Ca (Z = 20, N = 34) - "j = j" = 3/2-связь: n(2p3/2 + 2p1/2); v1d3/2; в отличие от предыдущих случаев, для этого ядра экспериментальные данные отсутствуют, в литературе активно обсуждается (см., например, [7, 8]) магичность чисел N = 32, 34 для ядер Ca; на основании рез
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.