М1-переходи в радіаційному розпаді аналогових та зв'язаних станів непарних ядер 2s1d-оболонки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені В.Н. КАРАЗІНА

УДК 539.163

М1-ПЕРЕХОДИ В РАДІАЦІЙНОМУ РОЗПАДІ АНАЛОГОВИХ ТА ЗВ'ЯЗАНИХ СТАНІВ НЕПАРНИХ ЯДЕР 2s1d-ОБОЛОНКИ

01.04.16 - фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

УШАКОВ Ігор Вячеславович

Харків 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному науковому центрі “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, м. Харків

Науковій керівник: кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Водін Олександр Миколайович, Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, Інститут фізики високих енергій та ядерної фізики, начальник лабораторії

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Лазурик Валентин Тимофійович, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, завідуючий кафедрою моделювання систем і технологій факультету комп'ютерних наук

кандидат фізико-математичних наук, Безшийко Олег Анатолійович, Київський національний університет ім. Т. Шевченка, доцент кафедри ядерної фізики

Захист відбудеться 15.12.2010 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64. 051. 12. в Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна за адресою: 61108, м. Харків, пр. Курчатова, 31, ауд. 301.

З дисертацією можна ознайомитись в Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4.

Автореферат розісланий 15.11.2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради __________________С.О. Письменецький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дослідження властивостей електромагнітного випромінювання при розпаді збуджених станів ядер зіграло й продовжує відігравати важливу роль у розвитку сучасних уявлень про структуру й динаміку атомного ядра. Оскільки, як правило, радіаційні переходи між збудженими станами відбуваються шляхом випромінювання г-квантів найменшого порядку мультипольності, припустимого правилами відбору, то М1-переходи займають особливе місце при дослідженні структури ядер.

Процес радіаційного розпаду може бути описаний за допомогою матричних елементів або зведених імовірностей електромагнітних переходів B(лL). Й через те, що величина зведеної імовірності має квадратичну залежність від структури початкового та кінцевого станів ядра

,

де M(лL) - оператор електричного або магнітного мультипольного моменту, вона має високу чутливість до поведінки їхніх хвильових функцій. Тому здобуття експериментальних даних про B(лL) та порівняння з відповідними теоретичними розрахунками мають велике значення для вивчення структури та механізмів г-розпаду збуджених станів атомних ядер, їхніх деформацій та змін форми в залежності від енергії збудження.

Найбільш показовими щодо цього є дослідження ядер 2s1d-оболонки, особливо в області непарних деформованих ядер з А ~ 25, в енергетичному спектрі яких спостерігаються стани, що належать до чітко виражених обертальних смуг. Результати багатьох прецизійних експериментів для даних ядер привели до розвитку різних модельних уявлень і значного прогресу в описі енергетичних положень та інших характеристик станів, що розташовані нижче енергії зв'язку нуклона. Таким чином, основні зусилля при дослідженнях радіаційного розпаду низькозбуджених (зв'язаних) станів ядер в даному діапазоні енергій можуть бути спрямовані на перевірку або вдосконалення моделей з метою більш точного опису структури ядерних станів.

Особливий інтерес для експериментальних досліджень ядер 2s1d-оболонки представляють високозбуджені стани. Однак більшість із них має досить складну природу, й напрямок досліджень в області вище енергії зв'язку нуклона пов'язаний з пошуком і вивченням станів, які можуть бути описані за допомогою простих модельних підходів. До них, насамперед, можна віднести аналогові стани, що відрізняються на одиницю за ізоспіном від близько розташованих станів. У процесі вивчення даного типу ядерних збуджень неодноразово було підтверджено, що у більшості випадків повна імовірність радіаційного розпаду аналогових станів розподіляється між М1-переходами на антіаналоговий стан та стани типу поляризації остову. Але незважаючи на накопичений обсяг даних про властивості аналогових станів, для більшості з них спектроскопічна інформація залишається фрагментарною й до теперішнього часу.

У зв'язку з цим актуальним є проведення комплексних досліджень М1-переходів, що спостерігаються в процесі радіаційного розпаду аналогових та зв'язаних станів непарних ядер 2s1d-оболонки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок досліджень знаходиться в рамках виконання фундаментальних науково-дослідних робіт ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут”. Наукові результати, на яких базується дисертаційна робота, здобуті при виконанні планових бюджетних програм і замовлень ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут”:

- Програми проведення фундаментальних досліджень з атомної науки і техніки ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут” до 2005 року, затвердженої Розпорядженням Кабінету Міністрів України від 13 вересня 2001 р. №421-р (державний реєстраційний номер 080901UР0009 від 08.10.2001 р.);

- Відомчого замовлення НАН України на проведення наукових досліджень з атомної науки і техніки ННЦ “Харківський фізико-технічний інститут” на 2006-2010 роки, затвердженого Постановою Бюро Відділення ядерної фізики та енергетики НАН України від 13 червня 2005 року, протокол № 7(16), § 2 (державний реєстраційний номер 080906UР0010 від 16.06.2006 р.).

Мета і задачі дослідження. Основною метою проведених досліджень було систематичне вивчення М1-переходів в радіаційному розпаді аналогових та зв'язаних станів непарних ядер 2s1d-оболонки. Досягненню поставленої мети досліджень сприяли такі сформульовані та розв'язані задачі:

- аналіз існуючих теоретичних підходів до опису зведених імовірностей М1-переходів;

- підготовка технічної бази для проведення експериментальних досліджень;

- виміри функцій збудження реакцій радіаційного захоплення протонів ядрами ²²Ne і ³⁰Si та визначення повних радіаційних ширин розпаду аналогових резонансів у ядрах ²³Na та ³¹P;

- виміри -спектрів, побудова схем розпаду збуджених станів досліджуваних ядер та встановлення значень коефіцієнтів розгалуження b;

- виміри кутових розподілів -променів та встановлення значень параметрів змішування за мультипольностями (Е2/М1) для спостережуваних -переходів;

- здобуття експериментальних значень зведених імовірностей М1-переходів В(М1) та порівняння результатів з теоретичними розрахунками;

- систематизація даних та виявлення емпіричних закономірностей для ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів у непарних ядрах.

Об'єкт дослідження -розпад збуджених станів непарних ядер 2s1d-оболонки. ядро радіаційний протон резонанс

Предмет дослідження кількісні характеристики розпаду ядерних станів шляхом М1-переходів.

Методи дослідження. У проведених дослідженнях з використанням резонансних ядерних реакцій радіаційного захоплення протонів були виміряні функції збудження (р,)-реакцій й спектри -квантів, що спостерігаються при розпаді резонансних станів ядер. Схеми -розпаду будувалися на основі балансу енергій та інтенсивності для спостережуваних -переходів з урахуванням існуючих ядерних даних про рівні досліджуваних ядер. Метод найменших квадратів та критерій ² було застосовано для аналізу кутових розподілів -випромінювання. Експериментальні дані про імовірності М1-переходів узгоджувалися з висновками, зробленими в рамках теоретичних моделей, що використовуються для опису електромагнітних переходів та властивостей резонансних станів атомних ядер (оболонкова модель, модель Нільссона).

Наукова новизна одержаних результатів. В основу дисертації покладені роботи, в результаті яких було:

- здобуто нові експериментальні дані про -розпад 4 резонансних станів ядра ²³Na при E_p = 1623, 1721, 1803 та 1835 кеВ, що є компонентами тонкої структури аналога рівня материнського ядра ²³Ne з E^* = 2,517 МеВ, та 3 резонансних станів ядра ³¹P при E_p = 760, 1490 та 2010 кеВ, що є аналогами рівнів материнського ядра ³¹Si з E^* = 1,695, 2,317 та 2,789 МеВ, відповідно; уточнено схеми їхнього розпаду й визначено значення коефіцієнтів розгалуження;

- вперше в радіаційному розпаді досліджуваних аналогових станів виміряні кутові розподіли -променів та визначено параметри змішування за мультипольностями для прямих М1-переходів на низькозбуджені рівні ядер ²³Na та ³¹P;

- вперше в радіаційному розпаді досліджуваних аналогових станів знайдено розподіли експериментальних значень зведених імовірностей М1-переходів за енергіями збудження кінцевих станів ядер ²³Na та ³¹P;

- вперше здобуто теоретичні значення зведених імовірностей М1-переходів між зв'язаними станами ядер ²³Na і ³¹P, що розраховані в рамках модифікованої моделі Нільссона;

- вперше знайдено значення параметрів деформації зв'язаних станів ядер ²³Na і ³¹P;

- вперше проведено аналіз схем г-розпаду аналогових станів непарних ядер у широкій області масових чисел (8 < А < 70) й систематизовано експериментальні дані з ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів;

- вперше виявлені оболонкові ефекти в поведінці зведених імовірностей ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів в непарних ядрах.

Практичне значення одержаних результатів. Експериментальні результати дисертаційної роботи є новою спектроскопічною інформацією про структуру високозбуджених станів ядер 2s1d-оболонки, яка поповнює міжнародні бази експериментальних ядерних даних. Здобуті значення зведених імовірностей М1-переходів можна використовувати для перевірки існуючих та створення нових теоретичних підходів до опису властивостей резонансних станів ядер, а саме для уточнення або фіксування тих параметрів моделей, до яких ці імовірності чутливі. Наведені в дисертаційній роботі результати можуть бути використані при плануванні й проведенні досліджень з вивчення структури збуджених станів ядер та властивостей електромагнітних переходів в ХНУ імені В.Н. Каразіна (м. Харків), КНУ імені Т. Шевченка (м. Київ), ІЯД НАНУ (м. Київ), НДІЯФ МДУ (м. Москва), ОІЯД (м. Дубна) та інших ядерних центрах.

Особистий внесок здобувача полягає в його участі у постановці задачі, підготовці експериментального устаткування, виконанні вимірів, обробці результатів експерименту, проведенні систематизації та порівнянні здобутих даних з теоретичними розрахунками, підготовці доповідей та публікацій, апробації матеріалу на конференціях.

У роботі [1] дисертантом було виміряно функцію збудження реакції ³⁰Si(р,)³¹P в області енергії протонів E_p = 1450…1530 кеВ. Здобувачем був детально досліджений d_3/2-аналоговий стан в ядрі ³¹Р. Було виміряно -спектр розпаду та уточнено схему розпаду даного резонансного стану. Здобуто значення параметрів змішування за мультипольностями для прямих г-переходів на низькозбуджені рівні ядра ³¹P та розраховані зведені імовірності для спостережених М1-переходів. Результати роботи [1] знайшли продовження в роботах [2, 8], у яких здобувачем було виміряно функцію збудження реакції ³⁰Si(р,)³¹P в області енергій протонів E_p = 750…840 та 2000…2050 кеВ. В рамках дослідження -розпаду аналогових резонансів в ядрі ³¹Р дисертантом було здобуто експериментальні дані зі зведених імовірностей ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів і зроблений висновок про механізм зняття “l-заборони”, обумовлений внеском колективних ефектів у процес формування повної ширини -розпаду аналогових резонансів.

У роботах [3, 7, 9, 11] автором дисертації було виміряно функцію збудження реакції ²²Ne(p,г)²³Na в області енергій протонів E_p = 1590…1850 кеВ. Здобувачем було детально досліджено компоненти тонкої структури аналогового d_5/2-стану ядра ²³Na, що спостерігаються як окремі резонанси в реакції ²²Ne(p,г)²³Na. Було одержано значення параметрів змішування за мультипольностями для прямих г-переходів з резонансних станів на низькозбуджені рівні ядра ²³Na, що дозволило дисертанту здобути експериментальні значення зведених імовірностей досліджуваного типу -переходів.

У роботах [4, 5, 10] здобувачем було проведено аналіз існуючих схем г-розпаду аналогових станів непарних ядер у широкій області масових чисел (8 < А < 70) й систематизовано експериментальні дані з “l-заборонених” М1-переходів. Було виявлено, що заповнення оболонок впливає на значення зведених імовірностей ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів в непарних ядрах.

У роботах [6, 12] в рамках модифікованої моделі Нільссона дисертантом розраховані теоретичні значення зведених імовірностей М1-переходів між зв'язаними станами ядер ²³Na і ³¹P. На основі здобутих даних здобувачем одержані значення параметрів деформації досліджуваних ядер в основних та низькозбуджених (зв'язаних) станах.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень, що викладені в дисертаційній роботі, доповідалися та опубліковані в матеріалах таких конференцій:

- Конференція молодих учених та аспірантів “ІЕФ-2003”, м. Ужгород, 10-12 вересня 2003 р.;

- LIII Міжнародна нарада з ядерної спектроскопії та структури атомного ядра “ЯДРО-2003”, м. Москва, Росія, 7-10 жовтня 2003 р.;

- III конференція з фізики високих енергій, ядерної фізики та прискорювачів, м. Харків, 28 лютого - 4 березня 2005 р.;

- LVII Міжнародна нарада з ядерної спектроскопії та структури атомного ядра “ЯДРО-2007”, м. Вороніж, Росія, 25-29 червня 2007 р.;

- VII конференція з фізики високих енергій, ядерної фізики та прискорювачів, м. Харків, 23-27 лютого 2009 р.;

- VIII конференція з фізики високих енергій, ядерної фізики та прискорювачів, м. Харків, 22-26 лютого 2010 р.

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць: 6 статей у фахових реферованих журналах [1-6] та 6 тез доповідей на наукових конференціях [7-12]. Всі публікації виконано у співавторстві, внесок здобувача вказано вище. Список робіт наведено наприкінці автореферату.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота містить вступ, п'ять розділів основного тексту з 30 рисунками та 20 таблицями, висновки та список використаних літературних джерел, що містить 136 найменувань. Повний обсяг роботи - 122 сторінки; обсяг, що займають рисунки та таблиці, які розташовані на всій площі сторінки, складає 9 сторінок, список використаних джерел міститься на 15 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі висвітлено актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, наукову новизну і практичну значимість одержаних результатів, визначено зв'язок проведених досліджень з науковими програмами і темами, відмічено особистий внесок здобувача, а також подано інформацію про апробацію результатів роботи і публікації автора. Стисло викладений зміст роботи за розділами.

Перший розділ дисертації має оглядовий характер. У ньому подано стислий вступ до теорії електромагнітних мультипольних переходів при розпаді збуджених станів ядер. Наведено відповідні формули, що дають змогу проводити розрахунки імовірностей М1-переходів в рамках модельних уявлень про радіаційний розпад збуджених станів ядер.

У другий розділ включений опис техніки й методики експерименту, що використовувалися при виконанні даної роботи.

Експериментальні дослідження було проведено на електростатичному прискорювачі протонів ЕСП-5 ННЦ ХФТІ, що забезпечував пучок частинок в області енергій Е_р = 0,7 … 2,5 МеВ. Струм протонів на мішені складав I = 8 … 10 мкА. Калібрування енергетичної шкали прискорювача проводилось за виходом г-лінії з реакції ²⁷Al(p,)²⁸Si при E_p = 992 кеВ. Енергетичний розкид протонів складав 400 еВ. При вимірах застосовувалися ізотопні мішені, виготовлені методом імплантації або термічного осадження необхідного ізотопу на танталову підкладку. Товщина мішеней становила приблизно 4 кеВ при енергії протонів Е_р = 2 МеВ.

Для реєстрації й вивчення властивостей -випромінювання, що виникає при розпаді збуджених станів ядер, використовувалось стандартне спектрометричне обладнання на базі NaI(Tl)- та Ge(Li)-детекторів. Калібрування абсолютної ефективності Ge(Li)-спектрометра було проведено за допомогою стандартних ізотопних джерел і за виходами -ліній з реакції ²⁷Al(p,)²⁸Si при E_p = 992 кеВ. Кутові розподіли -квантів вимірювалися під кутами и_лаб = 0, 30, 45, 60 та 90° відносно напрямку пучка протонів.

У третьому розділі дисертації містяться основні експериментальні результати проведених досліджень г-розпаду резонансних станів ядер ²³Na та ³¹P, що належать до 2s1d-оболонки.

Функцію збудження реакції ²²Ne(р,)²³Na було виміряно в області енергії протонів E_p = 1590…1850 кеВ, а реакції ³⁰Si(р,)³¹P - в області E_p = 750…1520 та 2000…2050 кеВ, де було підтверджено положення 12 та 20 резонансних станів ядер ²³Na та ³¹P, відповідно (табл. 1). Виміри були виконані для діапазонів енергій збудження аналогових резонансів в досліджуваних ядрах, спектроскопічна інформація про які на момент проведення експериментів була фрагментарною або відсутньою. Значення E_p вказані з похибками 0,8 кеВ.

Таблиця 1

Енергії резонансів в реакціях ²²Ne(p,г)²³Na та ³⁰Si(p,г)³¹P

Еp, кеВ	E*, МеВ	S, еВ	Гг, еВ	Еp, кеВ	E*, МеВ	S, еВ	Гг, еВ
22Ne(p,г)23Na
1593	10,318	10(3)	2,5(8)	1762	10,478	5,1(13)	-
1615	10,338	2,1(5)	1,1(3)	1786	10,501	6,6(17)	-
1623	10,346	9(2)	1,8(4)	1792	10,507	1,0(3)	-
1631	10,353	6,0(15)	1,5(4)	1803	10,519	4,4(11)	0,7(2)
1721	10,440	13(3)	2,2(6)	1820	10,533	1,5(4)	-
1730	10,448	3,5(9)	-	1835	10,549	11(3)	1,8(5)
30Si(p,г)31P
760	8,033	0,20	0,033	1398	8,649	4,4	1,1
777	8,049	1,0	-	1482	8,729	8,0	-
835	8,105	0,44	0,073		8,730
1289	8,544	0,32	0,16	1490	8,738	2,0(6)	0,5(2)
1298	8,552	1,3	0,65	1507	8,754	0,07	0,04
1301	8,555	1,0	0,25	1510	8,757	3,5	0,72
1322	8,576	2,3	0,40	1516	8,763	0,8	0,4
1331	8,584	0,31	0,16	2010	9,241	2,0(6)	0,5(5)
1348	8,601	0,11	0,018	2022	9,253	1,0	-
1390	8,641	3,5	0,66	2025	9,256	1,0	-

Таблиця 2

Зведені імовірності найбільш інтенсивних М1-переходів в радіаційному розпаді аналогових станів непарних ядер 2s1d-оболонки

		bг, %	д(E2/M1)
23Na
10,3460,000	5/2+3/2+	29	0,30(4) або 1,5(2)	45(11)
0,440	5/2+	28	-0,15(9)	49(12)
2,076	7/2+	15	0,06(2)	45(11)
2,982	3/2+	4	0,09(10)	17(4)
3,914	5/2+	8	0,10(7)	51(14)
10,4400,000	5/2+3/2+	15	-0,24(8)	27(7)
0,440	5/2+	20	0,22(10)	41(10)
2,076	7/2+	10	0,03(14)	35(9)
2,982	3/2+	36	0,35(8)	176(44)
3,914	5/2+	9	-0,53(99)	66(17)
10,5190,000	5/2+3/2+	40	0,11(3)	21(5)
0,440	5/2+	25	0,18(3)	15(5)
2,076	7/2+	4	-0,40(3) або 2,9(3)	4(2)
2,982	3/2+	4	-0,01(3)	6(3)
5,766	3/2+	3	-0,15(3)	18(5)
7,891	5/2+	4	0,01(3)	136(34)
10,5490,000	5/2+3/2+	20	-0,19(8)	27(7)
0,440	5/2+	9	2,0(40)	14(5)
2,076	7/2+	3	-0,04(20)	8(3)
2,982	3/2+	19	0,05(7)	69(17)
3,914	5/2+	15	0,80(18)	75(19)
31P
8,0331,266	5/2+3/2+	18	0,02(12)	> 2
3,415	7/2+	8	0,10(8)	> 3
3,506	3/2+	21	0,05(9)	> 6
4,190	5/2+	24	0,15(19)	> 12
4,634	7/2+	3	0,03(8)	> 3
5,529	7/2+	2	0,17(15)	> 4
8,7380,000	3/2+1/2+	4	0,20(7)	2,9(7)
1,266	3/2+	7	-1,2(6)	3(5)
2,234	5/2+	8	0,81(40)	8(7)
3,134	1/2+	9	-20(14)	26(5)
3,295	5/2+	37	0,24(6)	92(23)
4,783	5/2+	12	0,02(15)	83(21)
5,015	1/2(+)	13	0,75(28)	69(4)
5,559	3/2+	4	0,15(19)	52(15)
6,461	5/2+	1	-	36(11)
9,2410,000	3/2+1/2+	30	0,04(3)	21(6)
2,234	5/2+	21	0,21(20)	25(9)
3,134	1/2+	6	0,7(5)	13(5)
4,783	5/2+	16	0,04(6)	77(19)
5,015	1/2(+)	7	0,20(7)	38(11)

Спектри -розпаду вимірювалися для 4 резонансних станів ядра ²³Na при E_p = 1623, 1721, 1803 та 1835 кеВ, що є компонентами тонкої структури аналога рівня материнського ядра ²³Ne з E^* = 2,517 МеВ, та 3 резонансних станів ядра ³¹P при E_p = 760, 1490 та 2010 кеВ, що є аналогами материнських рівнів ядра ³¹Si з E^* = 1,695, 2,317 та 2,789 МеВ, відповідно. Було уточнено схеми їхнього розпаду й визначено значення коефіцієнтів розгалуження.

Вперше було проведено виміри кутових розподілів -променів в радіаційному розпаді досліджуваних аналогових станів та визначено параметри змішування за мультипольностями д(Е2/М1) для найбільш інтенсивних прямих М1-переходів на низькозбуджені рівні ядер ²³Na та ³¹P. Дані про д(Е2/М1) дали змогу визначити експериментальні величини зведених імовірностей М1-переходів за допомогою виразу:

, (1)

де В(М1) - зведена імовірність М1-переходу (в одиницях ), Г_г - повна радіаційна ширина резонансного рівня (в еВ), b_г - коефіцієнт розгалуження (в %), Е_г - енергія М1-переходу (в МеВ). Основні експериментальні результати даної роботи наведено в табл. 2.

У четвертому розділі викладено аналіз результатів досліджень. Приклади одержаних розподілів експериментальних значень зведених імовірностей М1-переходів в радіаційному розпаді досліджуваних аналогових станів ядер ²³Na і ³¹P показано на рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Розподіли зведених імовірностей для прямих М1-переходів а) з аналогового d_5/2-стану на рівні ядра ²³Na, б) з аналогового d_3/2- стану на рівні ядра ³¹Р

В роботі було підтверджено значне зменшення експериментальних значень зведених імовірностей М1-переходів між аналоговими та антианалоговими станами ядер ²³Na і ³¹P у порівнянні з одночастинковими оцінками, одержаними в рамках оболонкової моделі ядра:

• .(2)

Тут , j - повний кутовий момент непарної частинки, g_p та g_n - гіромагнітні відношення протону та нейтрону, відповідно. Розбіжності експериментальних та теоретичних значень пояснюються розподілом повної імовірності радіаційного розпаду аналогових станів між М1-переходами на антианалоговий стан та стани типу поляризації остову. Як це видно з рис. 1, при розпаді аналогових станів відбувається інтенсивне заселення рівнів, центри ваги яких знаходяться вище антианалогів. Ці максимуми в розподілах зведених імовірностей М1-переходів й обумовлені збудженням станів типу поляризації остову, компоненти яких виявилися фрагментованими за енергетичними спектрами досліджуваних ядер.

Однією з особливостей радіаційного розпаду досліджуваних аналогових станів є заселення низькозбуджених (зв'язаних) станів, що належать до чітко виражених обертальних смуг. В роботі було проаналізовано відомі експериментальні дані та застосовано для аналізу М1-переходів між зв'язаними станами досліджуваних ядер математичний підхід, що враховує вплив зміни деформації ядра на імовірності електромагнітних переходів, запропонований Копанцем, Інопіним та ін. Е.Г. Копанец и др. // Известия АН СССР, Серия физ. -1976. -Т. 40. -№ 4. -С. 780-783. у рамках моделі Нільссона. Розглядалися М1-переходи для випадків, коли проекції повного моменту на вісь симетрії ядра в початковому та кінцевому станах була K_i + K_f > 1.

Стани ядра ²³Na з енергіями E* = 0, 0,440, 2,076 та 2,704 МеВ було інтерпретовано як рівні обертальної смуги, що побудована на сьомій [211 3/2] орбіті, з E* = 2,982 та 3,914 МеВ - на дев'ятій [211 1/2] орбіті, а з E* = 5,379 МеВ - на шостій [220 1/2] орбіті в схемі Нільссона. У ядрі ³¹Р розглядалися М1-переходи між станами з E* = 4,594 та 5,115 МеВ, які були інтерпретовані як рівні обертальної смуги, що побудована на восьмій [202 3/2] орбіті, і станами з E* = 0, 1,266, 2,234 та 3,415 МеВ, які належать до обертальної смуги, що побудована на дев'ятій [211 1/2] орбіті в схемі Нільссона.

Для K_i + K_f > 1 теоретичні значення зведених імовірностей М1-переходів обчислювались за допомогою виразу:

(3)

Елементи детермінантів при i_n = s_n та i_p = s_p відповідали величинам G_ML для нейтрона та протона S.G. Nilsson // Kgl. Danske Videnskab. Selkab. Mat.-Fys. Medd. -1955. -Vol. 29. -№ 16. -P. 1-69.. Для i s вони дорівнювали:

(4)

де a_lЛ - коефіцієнти хвильових функцій Нільссона.

Узгодження теоретичних та експериментальних зведених імовірностей М1-переходів було проведено за допомогою мінімізації функціоналу:

, (5)

де B_k - експериментальні значення зведених імовірностей М1-переходів, ДB_k похибки визначення B_k, B_k(д_i,д_f) відповідні теоретичні значення, д_i, д_f параметри деформації ядра в початковому та кінцевому стані. Знайдені дані наведено в табл. 3.

Таблиця 3

М1-переходи між зв'язаними станами непарних ядер 2s1d-оболонки Експериментальні дані для ²³Na взято з роботи M. Guttormsen et al. // Nucl. Phys. A. -1980. -Vol. 338. -P. 141-155. для ³¹Р - з роботи P.J. Twin et al. // J. Phys. A: Math., Nucl. Gen. -1974. -Vol. 7, № 12. -P. 1410-1436.

Ei Ef, МеВ		Ki Kf		дi	дf
			експеримент	теорія
23Na
0,4400,000	5/2+3/2+	3/23/2	420(20)	497	0,164	0,312
2,0760,440	7/2+5/2+	3/23/2	280(35)	221	0,212	0,164
2,7042,076	9/2+7/2+	3/23/2	750(215)	180	0,250	0,212
2,9820,000	3/2+3/2+	1/23/2	250(50)	582	0,001	0,312
0,440	5/2+	3/2	290(55)	271		0,164
3,9140,000	5/2+3/2+	1/23/2	74(15)	74	0,071	0,312
0,440	5/2+	3/2	11(3)	11		0,164
2,076	7/2+	3/2	72(18)	51		0,212
5,3790,000	5/2+3/2+	1/23/2	130(25)	112	-0,023	0,312
0,440	5/2+	3/2	750(150)	401		0,164
2,076	7/2+	3/2	1160(230)	651		0,212
31P
4,5940,000	3/2+1/2+	3/21/2	5(2)	5	0,225	0,247
1,266	3/2+	1/2	25(12)	28		0,160
2,234	5/2+	1/2	36(18)	7		0,167
5,1151,266	5/2+3/2+	3/21/2	38(12)	36	0,199	0,160
2,234	5/2+	1/2	27(11)	36		0,167
3,415	7/2+	1/2	45(27)	30		0,107

Як видно з табл. 3 врахування різних деформацій ядер у початковому та кінцевому станах дало змогу задовільно погодити розраховані імовірності М1-переходів з експериментальними даними. Для ²³Na результати вказують на значну відмінність параметрів деформації ядра у збуджених станах від параметра деформації в основному стані. При цьому стани, що належать до однієї обертальної смуги, характеризуються близькими за значенням параметрами деформації. Для ядра ³¹P виявилися характерними незначні відмінності параметрів деформації в основному й збуджених станах.

У п'ятому розділі викладено результати аналізу відомих експериментальних даних з “l-заборонених” М1-переходів, що спостерігаються при розпаді аналогових станів в непарних ядрах з 8 < А < 70.

Переходи типу s_1/2 d_3/2. Дана група переходів охоплює ядра з 9? Z ?21 та 10? N ?20. Таким чином, дані дають змогу простежити за зміною величини зведеної імовірності М1-переходів із заповненням 2s1d-оболонки.

З рис. 2а видно, що загальна тенденція проявляється цілком чітко. Максимальних значень зведені імовірності досягають в ядрах, що належать до верхньої та нижньої границі 2s1d-оболонки. Тенденція збільшення зведеної імовірності говорить про те, що, очевидно, помітну роль тут починає грати взаємодія непарних частинок із щільно впакованим остовом ядра. У випадку ¹⁹F і ⁴¹Sc остовами є двічі магічні ядра ¹⁶О и ⁴⁰Са, відповідно. У ядрах з області стабільної деформації А 25 імовірності приймають мінімальні значення.

Переходи типу p_3/2 f_5/2. Основна частина переходів даного типу спостерігається у ядрах 1f2p-оболонки. З рис. 2б видно, що залежність зведеної імовірності В(М1) від масового числа для розглянутої групи переходів досягає максимального значення в області, близької до одночасного заповнення протонної та нейтронної 1f_7/2-підоболонки (Z = 28, N = 28).

Переходи типу d_5/2 g_7/2. В основному, переходи даної групи охоплюють ядра 2s1d-оболонки, що належать до області стабільної деформації з А 25. Для них характерні невеликі значення зведених імовірностей та їхній малий розкид (В(М1)_сер 0,29). Проте можна побачити (рис. 2в), що максимальне значення зведена імовірність приймає для ядра ¹⁹F, яке належить до області заповнення нейтронної й протонної 1р-оболонки (Z = 8, N = 8).

М1-переходи в дзеркальних ядрах. Однією з особливостей розглянутої області ядер є наявність експериментальних даних з “l-заборонених” М1-переходів у дзеркальних ядрах ⁹Вe - ⁹В, ²⁵Mg - ²⁵Al, ³³S - ³³Cl та ⁴¹Ca - ⁴¹Sc, інтерес до яких викликаний передусім наступною обставиною. Вони мають однаковий парно-парний остов та відрізняються лише непарним нуклоном. При цьому можна допустити, що якщо структура збуджених станів, між якими відбувається “l-заборонений” М1-перехід, ідентична, а зняття “l-заборони” має місце внаслідок одних і тих самих факторів, то відношення зведених імовірностей протонних та нейтронних переходів у дзеркальних ядрах повинне бути близьким до одночастинкових оцінок:

, (6)

що у випадку “l-заборонених” М1-переходів приймає значення:

. (7)

Таким чином зведені імовірності В(М1) протонних “l-заборонених” М1-переходів повинні бути трохи вище за такі імовірності для нейтронних переходів.



а) б)

в) г)

Рис. 2 Залежності зведених імовірностей від масового числа А для ізовекторних l-заборонених М1-переходів (вказані найбільш інтенсивні переходи). а) М1-переходи типу s_1/2 d_3/2, б) М1-переходи типу p_3/2 f_5/2, в) М1-переходи типу d_5/2 g_7/2, г) М1-переходи в дзеркальних ядрах.

Найбільш близькими до одночастинкових оцінок (рис. 2г) виявилися відношення зведених імовірностей В(М1)_p/В(М1)_n для переходів в ядрах, що знаходяться далеко від заповнених оболонок (⁹Вe - ⁹В та ³³S - ³³Cl).

В області деформованих ядер з А = 25 (²⁵Mg - ²⁵Al) відношення зведених імовірностей приймає мінімальне значення. Найбільше відхилення спостерігається для пари ядер ⁴¹Ca - ⁴¹Sc, що складаються із щільно впакованого парно-парного двічі магічного остову ⁴⁰Ca та одного непарного нуклона зверху замкнутої 2s1d-оболонки.

У висновках наведено основні результати, здобуті в дисертації.

ВИСНОВКИ

Метою проведених досліджень було систематичне вивчення М1-переходів як одного з каналів радіаційного розпаду аналогових та зв'язаних станів непарних ядер 2s1d-оболонки. Найбільш важливі наукові результати проведених досліджень полягають у наступному:

1. Підтверджено положення 12 резонансних станів у ядрі ²³Na, що збуджуються у реакції ²²Ne(р,)²³Na в області енергії протонів E_p = 1590…1850 кеВ, та 20 резонансних станів у ядрі ³¹P, що збуджуються у реакції ³⁰Si(р,)³¹P в області енергії протонів E_p = 750…1520 та 2000…2050 кеВ.

2. Одержано нові експериментальні дані про -розпад 4 резонансних станів ядра ²³Na при E_p = 1623, 1721, 1803 та 1835 кеВ, що є компонентами тонкої структури аналога рівня материнського ядра ²³Ne з E^* = 2,517 МеВ, та 3 резонансних станів ядра ³¹P при E_p = 760, 1490 та 2010 кеВ, що є аналогами рівнів материнського ядра ³¹Si з E^* = 1,695, 2,317 та 2,789 МеВ, відповідно. Уточнено схеми їхнього розпаду й визначено значення коефіцієнтів розгалуження. Виміряні кутові розподіли -променів при розпаді досліджуваних резонансних станів, з аналізу яких підтверджено значення спінів досліджуваних станів та визначено параметри змішування за мультипольностями для прямих М1-переходів на низькозбуджені рівні ядер.

3. Визначені експериментальні величини зведених імовірностей М1-переходів в радіаційному розпаді аналогових станів ядер ²³Na і ³¹P. Підтверджено значне вповільнення М1-переходів між аналоговими та антіаналоговими станами у порівнянні з одночастинковими оцінками, одержаними в рамках оболонкової моделі ядра, що пояснюється розподілом повної імовірності радіаційного розпаду аналогових станів між М1-переходами на антіаналоговий стан та стан типу поляризації остову.

4. В радіаційному розпаді аналогових станів ядер ²³Na і ³¹P ідентифіковано заселення низькозбуджених зв'язаних рівнів, що є членами обертальних смуг. Для М1-переходів між даними станами ядер у рамках модифікованої моделі Нільссона здобуто теоретичні значення зведених імовірностей з урахуванням різних параметрів деформації у початковому та кінцевому станах. Було підтверджено, що ядра ²³Na та ³¹P в основних станах мають витягнуту форму, оскільки мають додатне значення параметрів деформації (д = 0,312 для ²³Na та д = 0,247 для ³¹P). Для збуджених станів даних ядер виявлено, що параметри деформації можуть істотно змінюватися зі зміною енергії збудження. При цьому стани одних і тих же обертальних смуг характеризуються близькими за значенням параметрами деформації.

5. Проведено аналіз існуючих схем г-розпаду аналогових станів непарних ядер у широкій області масових чисел (8 < А < 70) й систематизовано експериментальні дані з ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів. Виявлені оболонкові ефекти в поведінці зведених імовірностей ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів в непарних ядрах. Заповнення оболонок в ядрах значним чином впливає на швидкості “l-заборонених” М1-переходів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Водин А.Н. -Распад d_3/2-аналогового состояния в ³¹Р / А.Н. Водин, А.С. Качан, В.М. Мищенко, Р.П. Слабоспицкий, И.В. Ушаков, Г.К. Хомяков // Вісник ХНУ. Сер. фіз. «Ядра, частинки, поля». 2001. № 529. Вип. 4/16/. С. 81-84.

2. Водін О.М. Ізовекторні l-заборонені магнітні дипольні переходи в ядрі ³¹Р / О.М. Водін, І.В. Ушаков // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія «Фізика». 2003. Вип. 14. С. 83-90.

3. Водин А.Н. Влияние деформации на -распад компонентов тонкой структуры аналогового d_5/2-резонанса в реакции ²²Ne(p,)²³Na / А.Н. Водин, В.Ю. Корда, Л.П. Корда, О.А. Лепешкина, С.А. Троценко, И.В. Ушаков // Вісник ХНУ. Сер. фіз. «Ядра, частинки, поля». 2004. № 619. Вип. 1/23/. С. 65-70.

4. Vodin A.N. Nature of isovector l-forbidden M1 transitions in light nuclei / A.N. Vodin, I.V. Ushakov, O.A. Lepyoshkina, S.A. Trotsenko // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Nuclear Physics Investigations. 2004. № 5(44). С. 35-38.

5. Водин А.Н. Оболочечные эффекты для изовекторных l-запрещенных М1-переходов в нечетных ядрах / А.Н. Водин, И.В. Ушаков, Г.Э. Туллер // Известия РАН. Сер. физ. 2008. Т. 72. № 6. С. 808-811.

6. Ушаков И.В. М1-переходы между связанными состояниями ядер 2s1d-оболочки с различными параметрами деформации / И.В. Ушаков, А.Н. Водин, Г.К. Хомяков // Вісник ХНУ. Сер. фіз. «Ядра, частинки, поля». 2010. № 887. Вип. 1 /45/. С. 50-53.

7. Водин А.Н. Тонкая структура аналогового d_5/2-резонанса в ²³Na / А.Н. Водин, А.С. Качан, Л.П. Корда, Р.П. Слабоспицкий, С.А. Троценко, И.В. Ушаков // LIII Международное совещание по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра “ЯДРО-2003”: тез. док., 7 - 10 октября, 2003 г. Москва / под ред. А.К. Власников [и др.]. Спб., 2003. С. 88.

8. Водін О.М. Ізовекторні l-заборонені магнітні дипольні переходи в ядрі ³¹Р / О.М. Водін, І.В. Ушаков // Конференція молодих учених і аспірантів ІЕФ-2003: тези доповідей, Ужгород, 10 - 12 вересня 2003 р. / Інститут електронної фізики НАН України; укладач А.М. Завілуполо. 2003. Вип. 14. С. 83-90.

9. Ушаков И.В. Влияние коллективных эффектов на вероятности изовекторных М1-переходов в ²³Na / И.В. Ушаков, А.Н. Водин, Л.П. Корда, О.А. Лепешкина // III Конференция по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям: тез. док., Харьков, 28 февраля - 4 марта 2005 г. / ННЦ ХФТИ; под ред. А.Н. Довбня [и др.]. Харьков, 2005. С. 24.

10. Vodin A.N. Shell effects for isovector l-forbidden М1 transitions in odd-nuclei / A.N. Vodin, G.E. Tuller, I.V. Ushakov // LVII International conference on nuclear physics “NUCLEUS-2007”: book of abstracts. June 25 - 29, 2007. Voronezh (Russia) / Editor A.K. Vlasnikov. St.-Petersburg, 2007. P. 100.

11. Ушаков И.В. Изменение формы ядра при возбуждении аналоговых резонансов в ²³Na / И.В. Ушаков, Г.К. Хомяков, А.Н. Водин // VII Конференция по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям: тез. док., Харьков, 23-27 февраля 2009 г. / ННЦ ХФТИ; под ред. А.Н. Довбня [и др.]. Харьков, 2009. С. 50.

12. Ушаков И.В. Параметры деформации связанных состояний ядер ²³Na и ³¹P / И.В. Ушаков, А.Н. Водин, Г.К. Хомяков // VIII Конференция по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям: тез. док., Харьков, 22-26 февраля 2010 г. / ННЦ ХФТИ; под ред. А.Н. Довбня [и др.]. Харьков, 2010. С. 44.

АНОТАЦІЯ

Ушаков І.В. М1-переходи в радіаційному розпаді аналогових та зв'язаних станів непарних ядер 2s1d-оболонки. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.16 - фізика ядра, елементарних частинок і високих енергій. Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна. -Харків. -2010.

Дисертацію присвячено систематичному дослідженню М1-переходів, що спостерігаються в радіаційному розпаді аналогових та зв'язаних станів непарних ядер 2s1d-оболонки. Експерименти були проведені для 4 резонансних станів у реакції ²²Ne(p,г)²³Na при Е_р = 1623, 1721, 1803 та 1835 кеВ і для 3 резонансних станів у реакції ³⁰Si(p,г)³¹P при Е_р = 760, 1490 та 2010 кеВ. Підтверджено значне зменшення експериментальних значень зведених імовірностей М1-переходів між аналоговими та антіаналоговими станами у порівнянні з одночастинковими оцінками. В процесі г-розпаду ідентифіковано заселення рівнів, що відносяться до станів типу поляризації остову, та рівнів, що є членами обертальних смуг. У рамках моделі Нільссона виконано розрахунки імовірностей М1-переходів між зв'язаними станами ядер для випадків, коли початковий та кінцевий стани мають різні параметри деформації. Виявлені оболонкові ефекти в поведінці зведених імовірностей ізовекторних “l-заборонених” М1-переходів в непарних ядрах.

Ключові слова: М1-перехід, г-розпад, зведена імовірність, аналоговий стан, зв'язаний стан.

АННОТАЦИЯ

Ушаков И.В. М1-переходы в радиационном распаде аналоговых и связанных состояний нечетных ядер 2s1d-оболочки. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.16. - физика ядра, элементарных частиц и высоких энергий. Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина. -Харьков. -2010.

Диссертация посвящена систематическому исследованию М1-переходов, наблюдающихся в радиационном распаде аналоговых и связанных состояний нечетных ядер 2s1d-оболочки. Эксперименты были проведены для 4 резонансных состояний в реакции ²²Ne(p,г)²³Na при Е_р = 1623, 1721, 1803 и 1835 кэВ и 3 резонансных состояний в реакции ³⁰Si(p,г)³¹P при Е_р = 760, 1490 и 2010 кэВ. Построены схемы -распада, установлены параметры смешивания по мультипольностям для прямых М1-переходов и определены парциальные -ширины распада указанных резонансов. На основании всей совокупности экспериментальных данных определены значения приведенных вероятностей наблюдаемых М1-переходов. Подтверждено значительное замедление экспериментальных значений приведенных вероятностей М1-переходов между аналоговыми и антианалоговыми состояниями по сравнению с одночастичными оценками. В процессе г-распада идентифицировано заселение уровней, которые относятся к состояниям типа поляризации остова, и уровней, которые являются членами вращательных полос. В рамках модели Нильссона выполнены расчеты вероятностей М1-переходов между связанными состояниями ядер ²³Na и ³¹P для случаев, когда начальное и конечное состояния обладают различными параметрами деформации. Результаты сравниваются с полученными ранее экспериментальными данными, что позволило сделать выводы о параметрах деформации исследованных ядер в возбужденных состояниях. Проанализированы экспериментальные данные по г-распаду аналоговых состояний нечетных ядер с 8 < А < 70, в качестве одного из каналов распада которых проявились М1-переходы, запрещенные по орбитальному моменту l в простой модели оболочек (для них l = 2). Выявлены оболочечные эффекты, проявившиеся в том, что приведенные вероятности изовекторных “l-запрещенных” М1-переходов достигают максимального значения в ядрах с дважды магическим остовом. Минимальные значения связаны с -переходами в ядрах, принадлежащих к области стабильной деформации А 25. Для изовекторных “l-запрещенных” М1-переходов в зеркальных ядрах отмечено максимальное отклонение от теоретических оценок отношения приведенных вероятностей протонных и нейтронных переходов для пары ядер ⁴¹Ca - ⁴¹Sc, состоящих из плотно упакованного четно-четного магического остова ⁴⁰Ca и одного нечетного нуклона поверх замкнутой 2s1d-оболочки.

Ключевые слова: М1-переход, г-распад, приведенная вероятность, аналоговое состояние, связанное состояние.

SUMMARY

Ushakov I.V. M1 transitions in the radiative decay of analog and bound states of the 2s1d-shell odd nuclei. Manuscript.

Thesis for the candidate degree in physical and mathematical sciences on specialty 01.04.16 - physics of nucleus, elementary particles and high energies. V.N. Karazin Kharkiv National University. -Kharkiv. -2010.

The thesis is devoted to a systematic study of M1 transitions observed in the radiative decay of analog and bound states of the 2s1d-shell odd nuclei. The experiments were carried out for 4 resonance states in the ²²Ne(p,г)²³Na reaction at E_p = 1623, 1721, 1803 and 1835 keV and for 3 resonance states in the ³⁰Si(p,г)³¹P reaction at E_p = 760, 1490 and 2010 keV. It was confirmed that experimental values of reduced probabilities of M1 transitions between analog and antianalog states were significantly reduced in comparison with the single-particle estimates. It was identified that during г-decay the core polarization states and levels which are members of several rotational bands were populated. Calculations of probabilities of M1 transitions between bound states of nuclei are performed within the Nilsson model for the cases with different deformations of the initial and final states of nuclei. The shell effects in behavior of reduced probabilities of “l-forbidden” M1 transitions observed in odd-nuclei are found.

Key words: M1 transition, -decay, reduced probability, analog state, bound state.

Размещено на Allbest.ru