Модели и коды для описания характеристик деления ядер в реакциях с нуклонами средних и промежуточных энергий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, доктор физико-математических наук Явшиц, Сергей Георгиевич

• Явшиц, Сергей Георгиевич
• доктор физико-математических наук
• 2008

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Явшиц, Сергей Георгиевич

Введение.

1. Описание механизма реакций с нуклонами средних и промежуточных энергий в коде MCFx.

1.1. Описание входного канала реакции и построение оптических потенциалов для тяжелых ядер в широкой области энергий.

Оптический потенциал KRI2000.

Параметризация KRI2004.

1.2 Описание быстрой стадии реакции - метод внутриядерного каскада.

1.3 Описание преравновесной стадии реакции - экситонная модель с множественным испусканием частиц.

1.4 Описание равновесной стадии реакции - статистическая модель Хаузера-Фешбаха-Мольдауера.

Формализм Хаузера-Фешбаха.

Делительный канал.

Модель описания плотности уровней.

1.5 Параметры моделей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и коды для описания характеристик деления ядер в реакциях с нуклонами средних и промежуточных энергий»

3.2. Зарядовые радиусы ядер. Статические и динамические эффекты в зарядовых радиусах ядра. Выбор параметров потенциала среднего поля для тяжелых ядер. 110

Модель.111

Вычисление статических среднеквадратичных зарядовых радиусов с разными наборами параметров среднего поля.114

Учет динамических эффектов в среднеквадратичных зарядовых радиусах ядер. 120

3.3 Расчет барьеров деления. Зависимость барьеров деления от энергии возбуждения делящегося ядра.129

Модель и результаты расчетов.131

3.4 Вычисление масс ядер методом разностных соотношений.148

Тестирование разностных соотношений.149

Локальный метод и оценка ошибок предсказаний.152

Сравнение с экспериментом и анализ результатов.153

3.4 Заключение.156

4. Массовые распределения осколков деления и ширины двухтельной фрагментации в реакциях с нуклонами.158

4.1 Массовые распределения осколков деления.158

Введение.158

Модель.161

Результаты расчетов.163

4.2. Описание ширин двухтельной фрагментации ядер.174

Введение.174

Спонтанная фрагментация.175

Вынужденная фрагментация.178

4.3. Заключение.182

5. Деление ядер, сопровождаемое вылетом третьей частицы.184

5.1 Введение.184

5.2. Модель траекторных расчетов тройного деления.193

5.3. Экваториальная эмиссия: результаты расчетов.199

5.4. Полярная эмиссия: результаты расчетов.208

5.5. Образование фрагментов в глубоконеупругих соударениях тяжелых ионов. .221

5.6. Заключение.229

Заключение.231

Список литературы.234

Приложение 1. Параметризация формы и вычисление потенциальной энергии.257 ядра.257

Приложение 2. Одночастичные волновые функции для аксиально-симметричных систем в цилиндрических координатах.263

Приложение 3.265

Приложение к §. 1.1.265

Приложение к Главе 5.266

Вычисление шестикратных интегралов в выражениях для потенциальной энергии взаимодействия ядер и диссипативных сил.266

Приложение 4. Таблица избытков масс ядер.270

Приложение 5. Рассчитанные значения параметров барьеров деления ядер от Pt до

Cm.289

Введение

Изучение ядерных реакций деления с нуклонами на тяжелых ядрах связано с решением двух фундаментальных и до конца не исследованных задач - изучением механизма реакций с нейтронами и протонами в широкой области энергий и описанием свойств процесса деления ядер, механизм которого в свою очередь определяется статическими и динамическими свойствами ядерного вещества в процессе глубокой перестройки от составного ядра до разделения на два или более осколков.

Явление деления ядер, открытое в 1939 г. Ганом и Штрассманом, уже почти 70 лет служит предметом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований. Непреходящий интерес к явлению деления связан с его широким практическим применением и важным научным значением.

Существование коллективного движения ядерного вещества делительного типа как спонтанного процесса или как реакции, вызванной частицами малых энергий, отражает близость тяжелых ядер к неустойчивости, обусловленной дальнодействующим кулоновским отталкиванием между протонами ядра [1]. На ранней стадии изучения деления основное внимание было сосредоточено на макроскопических закономерностях, которые можно установить, рассматривая ядро как жидкую каплю [1,2]. Крупнейшим успехом эксперимента и теории, основанной на капельной модели ядра, явилось открытие спонтанного деления [3]. Многочисленные экспериментальные данные, особенно данные по делению сильновозбужденных ядер, свидетельствуют, что модель не утратила своего значения и сегодня. В то же время, данные опытов по исследованию деления при малых возбуждениях показывают, что многие закономерности процесса деления сильно зависят от конкретных особенностей ядра, отражая влияние индивидуального состояния нуклонов на характер их коллективного движения. Ярким примером стало открытие спонтанно делящихся изомеров [4], объясненное моделью двугорбого барьера в рамках метода оболочечной поправки Струтинского [5-6]. В этом методе естественным образом сбалансирована роль модели жидкой капли и модели независимых частиц, а оболочки рассматриваются как большие неоднородности в спектре одночастичных состояний.

Новый интерес к явлению деления ядер возник в последнее время в связи развитием новых ядерных технологий, основанных на использовании потоков вторичных нейтронов с энергиями до 200-300 МэВ, генерируемых в реакциях расщепления в массивных мишенях под действием пучков высокоэнергетичных протонов [7]. Кроме того, эти данные необходимы для решения ряда фундаментальных проблем ядерной физики при переходе к высоким энергиям налетающих частиц, стимулируемым вводом в действие новых высокоэнергетичных нейтронных источников и обновлением существующих, а также для астрофизических исследований.

Интересующие нас области энергий налетающих частиц можно условно разделить на три интервала - область низких энергий до 20 МэВ, средних или переходных энергий от 20 до 200 МэВ и область промежуточных энергий выше порога мезонообразования, 200-1000 МэВ. Верхний предел определен здесь областью практических применений пучка заряженных частиц, ограничивающихся, как правило, ускорителями протонов до 1 ГэВ.

При энергиях падающих частиц до 20 МэВ имеется большое количество экспериментальных данных, а также вполне надёжные пакеты программ, позволяющие вычислять сечения деления и других ядерных реакций по статистической модели, основанной на теории Хаузера-Фешбаха и модели предравновесной эмиссии с полным сохранением углового момента (версии кодов STAPRE, GNASH и др.).

Для энергий выше порога мезонообразования, как правило, используются подходы, основанные на наиболее современных версиях модели внутриядерного каскада (такие, как каскадно-экситонная модель СЕМ, Льежская модель внутриядерного каскада INCL и др.).

Исторически такие модели развивались в двух направлениях - собственно модель внутриядерного каскада (МВК), описывающая испускание быстрых частиц в результате каскада двухнуклонных соударений в объеме ядра и статистическая модель испарения частиц и деления. Развитие МВК шло по пути включения временной зависимости в каскады [8], детального учета распределения плотности нуклонов в ядре [9], сшивки МВК с экситонными предравновесными моделями [10] и т.д. В то же время, в силу ограничений, накладываемых мощностью вычислительной базы, статистическая часть, занимающая основное время расчета, основывалась на крайне упрощенных физических представлениях с целью аналитического описания [11-12] процесса испарения/деления и экономии расчетного времени. За такую экономию приходилось платить использованием крайне упрощенной модели плотности уровней [13], приближением резкого края для сечений обратных реакций [14], отказом от закона сохранения момента и другими упрощениями, включая упрощенные выражения для делительных ширин [11]. Результатом такого рода упрощений стала необходимость физически необоснованного варьирования достаточно большого числа модельных параметров (или включения большого числа опций, позволяющих выбирать те или иные параметры из различных несогласованных между собой систематик, что также является скрытой подгонкой). Кроме того, использование двух подходов в разных энергетических диапазонах, т.е. достаточно строгого метода Хаузера-Фешбаха, дополненного предравновесной экситонной моделью и МВК с упрощенной статистической частью, приводит к нефизическому разрыву в точке сшивки (см., например [15], где приведены результаты расчетов сечений деления в двух подходах ниже и выше 100 МэВ).

Данные о характеристиках реакций с нуклонами широко используются на практике. Так, ядерные данные по сечениям и свойствам вторичных частиц в реакциях с нейтронами с энергией до 14 МэВ составляют основу физической части ядерной энергетики. Данные при более высоких энергиях нейтронов и данные для реакций с протонами находят широкое применение при решении таких задач, как проблемы медицинской физики, особенно протонной и нейтронной терапии, разработке защиты ускорителей частиц, защиты летательных аппаратов от космических излучений, высокоэнергетической дозиметрии, разработке массивных нейтронно-генерирующих мишеней на пучке протонов, в разработках гибридных реакторах, управляемых ускорителями заряженных частиц и т.д. Представление данных в формате ENDF-6 [16] позволяет использовать их непосредственно в расчетах переноса частиц, являющихся основой при решении прикладных задач и проектировании установок.

Основные национальные библиотеки данных (ENDF-B/VI,VII, JEFF, JENDL, BROND, CENDL) содержат данные для нейтронных реакций в реакторной области энергий. Для протонных реакций и реакций с нейтронами более высоких энергий (разделение по энергетическим диапазонам является, конечно, несколько произвольным -в данной работе мы будем выделять три области энергий - область низких энергий (Е < 20 МэВ), область средних или переходных энергий (20 МэВ < Е < 200 МэВ) и область промежуточных энергий (200 МэВ < Е < 1 ГэВ)) в настоящее время существуют две библиотеки данных LA150 [17], содержащая ядерные данные для 42 нуклидов, от водорода до висмута, для реакций с нуклонами с энергиями до 150 МэВ, и библиотека JEFF 3.1, включающая файлы данных в формате ENDF-6 для изотопов Ca, Fe, Ge, Pb, Bi для реакций с нейтронами и Ca, Sc, Ti, Fe, Ge, Pb, Bi для реакций с протонами с энергиями до 200 МэВ. Оценка данных основывалась на доступных экспериментальных данных и расчетах с помощью кода GNASH [18] для LA150 и кода TALYS [19,20] для библиотеки JEFF 3.1. Данные из библиотек LA 150 и JEFF 3.1 могут быть непосредственно использованы в широко известном программном комплексе MCNPX [21] вместе с библиотеками данных для низких энергий.

Отсутствие данных для больших энергий (и для ядер, не включенных в LA150 и JEFF 3.1), привело авторов MCNPX (и других транспортных кодов) к необходимости включения модели внутриядерного каскада непосредственно в качестве внутреннего генератора ядерных данных. Такой подход, в силу отмеченных выше трудностей сшивки и неопределенностей модели, существенно проигрывает по сравнению с классическими транспортными кодами (например, предыдущих версий МСЫР), основанных на использовании внешних файлов данных, и может быть использован лишь для оценок. В то же время, современное состояние теории реакций с нуклонами, включая деление для тяжелых ядер, и существующие мощности вычислительных машин вполне позволяют создавать внешние файлы и для средних и промежуточных энергий.

К сожалению, в настоящее время не существует достаточно строгих квантовых подходов для практического описания реакций с нуклонами, такие подходы лишь указывают путь построения теории [22,23]. Для практических расчетов используются феноменологические и полуфеноменологические модели. В этом случае механизм реакции с нуклоном в общем случае может быть представлен как последовательность процессов, протекающих в ядре, взаимодействующим с нуклоном и включающей в себя (без учета канала фрагментации):

1. Входной канал - определение сечения реакции (поглощения), определяющего нормировку всех вторичных процессов;

2. Каскад нуклон-нуклонных соударений в объеме ядра, сопровождающийся вылетом быстрых нуклонов и формированием остаточных ядер в различных частично-дырочных конфигурациях;

3. Термализация системы путем усложнения конфигураций в конкуренции с вылетом предравновесных частиц;

4. Равновесная эмиссия (испарение) нуклонов и сложных частиц и деление ядер.

Для расчета сечения реакции, а также полного сечения и сечений упругих процессов традиционно используется оптическая модель или в более сложном варианте метод связанных каналов [24]. Каскадная стадия процесса приводит к возникновению смеси ядер, находящихся в различных частично-дырочных состояниях, далеких от равновесного состояния. Процесс установления равновесия может быть описан нестационарным уравнением баланса в рамках классической экситонной модели [25]. Для последней стадии реакции разработаны хорошо зарекомендовавшие себя статистические модели, основанные на представлении Хаузера-Фешбаха [26] и дополненные классической моделью деления [1].

Такой алгоритм позволяет детально описать каждую стадию реакции на основе надежных теоретических подходов. Однако использование феноменологии ставит в каждом случае вопрос о достоверности выбранных параметров моделей. Отметим, что с ростом энергии налетающих частиц, формирующиеся остаточные ядра оказываются все более удаленными от полосы стабильности в область нейтронно-дефицитных ядер, что существенно затрудняет физически обоснованный выбор параметров моделей и приводит к необходимости расчета параметров на основе модельных представлений и использования всей совокупности экспериментальных данных не только по характеристикам реакции с нуклонами, но и данных о структуре ядра.

Среди ключевых параметров в данном подходе являются параметры оптического потенциала, плотности уровней и барьеры деления. Если плотность уровней тяжелых деформированных ядер хорошо изучена к настоящему времени, то существующие систематики барьеров деления для экспериментально не изученных ядер не обеспечивают достаточную точность величин и не учитывают зависимость барьеров от энергии возбуждения, а оптико-модельные потенциалы для актинидов в широкой области энергий практически отсутствуют.

Барьеры деления определяются свойствами поверхности потенциальной энергии ядра вдоль оси деления. Хорошо известно, что потенциальная энергия определяет и деформации основных состояний ядер, тесно связанных с радиусами ядер. Расчет зарядовых радиусов, для которых имеется обширная экспериментальная информация, позволяет зафиксировать параметры модели расчета потенциальной энергии и тем самым повысить достоверность расчета барьеров деления.

Свойствами потенциальной поверхности во многом определяется и массовое распределение осколков деления и его зависимость от энергии возбуждения.

Существенный вклад в образование легких ядер в реакциях с нуклонами промежуточных энергий вносят процессы фрагментации ядра, занимая промежуточное положение между а-распадом и делением ядра на два массивных осколка.

Для ядер вне полосы бета-стабильности важным является и вопрос о корректном расчете масс ядер. Совместное использование экспериментальных и теоретических данных приводит, как правило, к скачкам в энерговыделении в точке сшивки. Метод разностных соотношений, предложенный в работе [30], позволяет избежать этих проблем, построив рекурсивный алгоритм расчета неизвестных масс на массиве экспериментально известных данных.

Изучение деления с вылетом заряженных частиц предоставляет дополнительные возможности для изучения механизма деления и в то же время дает важную с практической точки зрения информацию о выходах и спектрах легких ядер в процессе тройного деления.

Очерченному кругу вопросов и посвящена данная работа. Основные результаты, полученные в диссертации, представлены в работах [7,15,23,27-60].

В первой главе приводится общее описание разработанного нами кода МСБх и представлен обзор основных моделей и кодов, используемых для описания реакций с нуклонами и генерации ядерных данных. Во второй главе приведены результаты расчетов сечений, сечений упругого рассеяния и сечений реакции в рамках метода связанных каналов с разработанным нами новым глобальным оптическим потенциалом для тяжелых ядер, спектрам вторичных нуклонов и сечениям деления. Здесь же приведено описание библиотеки сечений деления для ядер от РЬ до Ри в реакциях с нейтронами и протонами в диапазоне энергий 20-200 МэВ и библиотеки из восьми транспортных файлов для реакций с нейтронами и протонами для ядер 208РЬ, 209В1, 235и, 238и в диапазоне энергий 20-1000 МэВ.

В главе 3 приведены формулировки моделей и результаты расчетов основных величин, используемых при описании механизма реакций с нуклонами. Для проверки и выбора параметров потенциала среднего поля в разделе 3.1 приводятся результаты расчетов зарядовых радиусов ядер с учетом динамических. Полученные результаты используются далее в разделе 3.2, где предложена новая модель и приведены результаты расчетов барьеров деления для широкого круга ядер с зависимостью от энергии возбуждения. Модель и результаты расчета масс ядер в рамках разработанного конечно-разностного алгоритма приведены в разделе 3 той же главы.

Глава 4 посвящена формулировке модели и результатам расчетов массовых распределений осколков деления в реакциях с нуклонами в широкой области энергий и описанию ширин двухтельной фрагментации возбужденных ядер.

В главе 5 приводится описание модели тройного деления и результатов траекторных расчетов легких заряженных частиц при делении ядер и в реакциях глубоконеупругих передач с тяжелыми ионами.

Диссертация содержит также пять Приложений - два приложения посвящены методу расчета потенциальной энергии деформированного ядра при разных температурах в методе оболочечной поправки и методу вычислений одночастичных волновых функций нуклонов в деформированном среднем поле, в третьем приложении содержатся формулы, использованные в формулировке метода оценки центральной части оптического потенциала и вычислению шестикратных интегралов, используемых в расчетах потенциалов ядро-ядерного взаимодействия в Главе 5, в четвертом и пятом приложении приведены таблица избытков масс и результаты расчетов барьеров деления для ядер от № до Сш.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Код МСРх расчета характеристик реакций с нуклонами в области энергий 20 МэВ - 1 ГэВ.

2. Оптический потенциал для ядер от РЬ до Ри в той же области энергий и результаты расчетов полных сечений, сечений реакции и упругого рассеяния.

3. Экситонная модель расчета множественной предравновесной эмиссии нуклонов.

4. Динамическая модель расчета радиусов ядер.

5. Модель расчета барьеров деления с зависимостью от энергии возбуждения и библиотека барьеров для ядер от Рг до Ст.

6. Модель расчета избытков масс ядер и таблица избытков масс для 4356 нуклидов, включая 1400 предсказанных значений.

7. Модель и результаты траекторных расчетов тройного деления тяжелых ядер

8. Модель и результаты расчета массовых распределений осколков деления в реакциях с нуклонами

9. Модель и результаты расчета ширин двухтельной фрагментации.

10. Библиотека данных в формате ЕКБР-б по сечениям деления для ядер в реакциях с нейтронами и протонами с энергиями от 20 до 200 МэВ и библиотека транспортных файлов для ядер в реакциях с нейтронами и протонами с энергией от 20 МэВ до 1 ГэВ.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

1. Разработан новый код расчета характеристик нуклонных реакций в широкой и практически значимой области энергий налетающих протонов и нейтронов, позволяющий детально проследить все стадии реакции и представить результаты в виде транспортного файла.

2. Впервые предложен единый оптический потенциал для ядер от РЬ до Ри для энергий нейтронов и протонов в области энергий 20-1000 МэВ.

3. Впервые выполнены расчеты многочастичной эмиссии предравновесных частиц в рамках экситонной модели с моделированием эволюции системы по методу случайной выборки (Монте-Карло), расчеты избытков масс ядер на основе разработанного рекурсивного алгоритма разностных соотношений, расчеты зарядовых радиусов ядер на основе динамической модели коллективных колебаний ядра вблизи основного состояния и выполнен анализ различных представлений среднего поля в модели независимых частиц, используемый далее для:

1. систематических расчетов барьеров деления с зависимостью от энергии возбуждения; расчетов массовых распределений в потенциальной модели масс-асимметричных колебаний в реакциях с нуклонами в широкой области энергий.

4. Впервые выполнены траекторные расчеты тройного деления ядер с учетом ядерных и диссипативных сил, что в совокупности с ранее предложенной динамической моделью расчета вероятности и спектра масс легких частиц позволяет говорить о новой теории тройного деления.

5. Впервые созданы нейтронная и протонная библиотека сечений деления в формате ЕМВР-6 для ядер с энергиями 20-200 МэВ и библиотека нейтронных и протонных транспортных файлов для ядер с энергиями 20-1000 МэВ.

Достоверность полученных результатов обусловлена широким использованием современных представлений о механизме ядерных реакций и структуре ядра, максимально возможным определением параметров кодов на основе надежных моделей расчетов и привлечением большого объема экспериментальной информации для анализа результатов.

Результаты работы представлены в 37 публикациях, включая статьи в 14 журналах (9 статей в ведущих отечественных рецензируемых журналах), 19 докладов на международных конференциях, включая Международный симпозиум по ядерной физике, Гауссиг, ГДР, 1986, Международная школа-семинар по физике тяж. ионов, Дубна, 1986, Международная конференция «50 лет деления ядер», Ленинград, 1989, Международная конференция «Динамические аспекты деления ядер», Смоленица, 1991, Международная конференция «Атомные и ядерные кластеры», Турку, 1991, XV Международная конференция «Динамика ядра при низких энергиях», С.-Петербург, 1995, Международный семинар «Зарядовые и нуклонные радиусы ядер», Познань, 1995, IX Международная конференция «Механизм ядерных реакций» Варенна, Италия, 2000, Международная конференция «Ядерные данные 2000», Токаи, Япония, 2000, Международная конференция по ядерной физике «Кластерные явления в ядерной физике», С.-Петербург, Россия, 2000, 6-е и 7-е Совещания по информационному обмену по разделению и трансмутации актинидов и продуктов деления, Мадрид, Испания, 2000 и Жежу, Корея, 2002, 10-й Симпозиум по Нейтронной Дозиметрии, Упсала, Швеция, 2006, Международная конференция по физике деления, Обнинск, Россия, 2003, Международная конференциях «Ядерные данные для науки и технологии», Триест, Италия, 1998, Цукубо, Япония, 2001, Санта-Фе, США, 2004, Ницца, Франция, 2007, 3-й Международный семинар «Деление ядер и спектроскопия продуктов деления», Кадараш, Франция, 2005, 9-14 Международные семинары по взаимодействию нейтронов с ядрами К ММ 1Х-Х1У, Дубна, Россия, 20002007, а также в препринтах Радиевого института им. В.Г.Хлопина и материалах МАГАТЭ.

Библиотека сечений деления передана в секцию ядерных данных МАГАТЭ и доступна на сайте МАГАТЭ.

Результаты работы представлялись на семинарах Европейской Консультационной Группы в рамках 5-7 Европейских Рамочных программ, на совещаниях в ИТЭФ, Москва, Россия, на семинарах в КИАЭ, Пекин, КНР, и др.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Явшиц, Сергей Георгиевич

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработан новый код, позволяющий детально описать все основные стадии реакции с нуклонами в диапазоне энергий 20-1000 МэВ, включая оптическую модель для описания входного канала, модель внутриядерного каскада для описания быстрой стадии реакции, экситонную модель множественной предравновесной эмиссии и статистическую модель в формализме Хаузера-Фешбаха для описания испарения частиц и деления.

2. Для входного канала в реакциях с нуклонами и протонами на ядрах от РЬ до Ри предложен новый глобальный оптический потенциал, описывающий известные экспериментальные данные по полным сечениям, сечениям реакции и угловым распределениям упругого рассеяния с точностью, достаточной для практических приложений.

3. Разработан алгоритм экситонной модели с множественным испусканием предравновесных частиц, выполнен большой объем расчетов энергетических спектров вторичных частиц, позволивший зафиксировать параметры моделей в широком диапазоне ядер-мишеней и энергий налетающих частиц.

4. Разработана модель и выполнены расчеты зарядовых радиусов ядер среднего и тяжелого атомного веса, модели расчета параметров барьеров деления и масс ядер. На основе расчетов созданы новые систематики барьеров деления для ядер от Pt до Сш и таблицы избытков масс, содержащие данные для 4356 ядер, включая 1400 предсказанных значений.

5. Созданы библиотеки сечений деления ядер от РЬ до Ри нейтронами и протонами в диапазоне энергий 20-200 МэВ и полные транспортные файлы для практически важных изотопов 208Pb, 209Bi, 235U и 238U нейтронами в диапазоне энергий 20-500

232

МэВ и протонами в диапазоне энергий 20-1000 МэВ в формате ENDF-6, готовые для практических применений.

6. Предложена модель и проведены расчеты массовых распределений осколков деления ядер в реакциях с нуклонами средних и промежуточных энергий.

7. Разработана модель вынужденной двухтельной фрагментации высоковозбужденных ядер и проведен анализ основных наблюдаемых величин.

8. Разработана модель эволюции тройной ядерной системы в тройном делении ядер, на основе траекторных расчетов проведен анализ кинематических характеристик тройного деления, предложено объяснение механизма полярной эмиссии и описан возможный механизм явления тройного квазиделения.

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить благодарность сотрудникам Радиевого института им. В.Г.Хлопина д.ф.-м.н., проф. Рубчене В.А. за внимание и помощь в работе, также как д.ф.-м.н., проф. Эйсмонту В.П., к.ф.-м.н. Хлебникову C.B., к.ф.-м.н. Ипполитову В.Т., Бойкову Г.С., а также сотруднику Государственного Технического Университета Атомной Энергетики (Обнинск) д.ф.-м.н., проф. Грудзевичу О.Т.

233

Заключение

В работе рассмотрены два круга проблем. Первый включает в себя проблему получения ядерных данных на основе современных надежных модельных представлений о механизме реакций с нуклонами в широком диапазоне энергий. При этом, по возможности, использовались хорошо зарекомендовавшие себя подходы, такие как оптическая модель, метод внутриядерного каскада, классическая экситонная модель, формализм Хаузера-Фешбаха, традиционная модель деления. В то же время, при разработке кода, получившего название МСБх, был выявлен и ряд проблем. Так, заметные энергии возбуждения ядер, формирующихся после каскадной стадии реакции, требуют учета возможной многочастичной предравновесной эмиссии, количественное описание которой применительно к данной задаче не было сформулировано и реализовано достаточно точно. Для тяжелых ядер в интересующем нас диапазоне энергий налетающих нуклонов 20-1000 МэВ не был определен оптический потенциал. Существующие расхождения и пропуски в систематиках барьеров деления и масс ядер привели к необходимости разработки моделей и создания новых систематик для этих ключевых величин, для чего к анализу были привлечены и экспериментальные данные по зарядовым радиусам ядер, также нашедших свое описание в настоящей работе. Для расчета массовых распределений осколков деления в реакциях с нуклонами промежуточных энергий также была предложена модель, связанная с разработанным кодом. Анализ большого количества доступных экспериментальных данных по сечениям и спектрам вторичных частиц в широком диапазоне энергий позволил определить немногочисленные параметры модели и провести систематические расчеты реакций с нуклонами на основных изотопах свинца, висмута и урана, представляющих практический интерес, и сформировать библиотеку полных транспортных файлов, объем которой ограничен только вычислительными возможностями проведения таких достаточно сложных и требующих заметных вычислительных ресурсов расчетов.

Другим направлением исследований были вопросы, не связанные напрямую с производством ядерных данных, а посвященные изучению плохо исследованных вопросов физики деления и примыкающих к ней проблем. Так, изучение одного из фундаментальных явлений в физике деления - тройного деления потребовало, кроме решения вопросов о вероятности процесса и спектре масс легких ядер, и разработки модели эволюции тройной ядерной системы на основе траекторных расчетов с учетом ядерных и диссипативных сил. Проведенный анализ показал, что в такой модели

231 удается непротиворечивым образом описать как экваториальную, так и полярную эмиссию а-частиц, а также рассчитать средние кинетические энергии для более тяжелых частиц, что важно при планировании экспериментов по исследованию тройного деления. Обобщение модели на случай реакции с тяжелыми ионами позволило провести качественный анализ возможного нового явления - тройного квазиделения по аналогии с реакциями обычного квази- или быстрого деления без образования составного ядра.

Развитие ранее созданной модели спонтанной двухтельной фрагментации на случай кластерного или f-распада возбужденных ядер позволяет описать основные известные закономерности в формировании фрагментов в реакциях при промежуточных энергиях.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Явшиц, Сергей Георгиевич, 2008 год

1. Bohr N., Wheeler J.A. Mechanism of nuclear fission // Phys. Rev. 1939. V.56. P.426-450.

2. Френкель Я.И. Электрокапиллярная теория расщепления тяжелых ядер медленными нейтронами // ЖЭТФ. 1939. Т.9. С.641-653.

3. Петржак К.А., Флеров Г.Н. Спонтанное деление урана // ЖЭТФ. 1940. Т. 10. С.1013-1017.

4. Поликанов С.М., Друин В.А., Карнаухов В.А. и др. Спонтанное деление с аномально коротким периодом полураспада // ЖЭТФ. 1962. Т.42. С. 1464-1471.

5. Струтинский В.М. Влияние нуклонных оболочек на энергию ядра // Ядерная Физика. 1966. Т.З. С.614-625.

6. Brack М., Damgaard J., Jensen A. et al. Funny Hills: The shell correction approach to nuclear shell effects and its applications to the fission process // Rev. Mod. Phys. 1972. V.44. P.320-405.

7. Eismont V.P., Yavshits S.G. Physical aspects of neutron generation in the target of an accelerator driven system // Accelerator driven systems: Energy generation and transmutation of nuclear waste. Status report. IAEA. 1997. TECDOC.985. P.26-33.

8. Barashenkov V.S., Kostenko B.F., Zadogorny A.M. Time dependent intranuclear cascade model //Nucl. Phys. A. 1980. V.338. P.413-420.

9. Boudard A., Cugnon J., Leray S. et al. Intranuclear cascade model for a comprehensive description of spallation reaction data // Phys. Rev. C. 2002. V.66. P.044615-044642.

10. Gudima K.K., Mashnik S.G., Toneev V. Cascade-exciton model of nuclear reactions // Nucl. Phys. A. 1983. V.401. P.329-361.

11. Барашенков B.C., Тонеев В.Д. Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами // М.: Атомиздат. 1972.

12. Furihata S. Statistical analysis of light fragment production from medium energy proton-induced reactions // Nucl. Instr. and Meth. B. 2000. V.171. P.251-258.

13. International Codes and Model Intercomparison for Intermediate Energy Activation Yields. 1997. NSC/DOC(97)-l; http://www.nea.fr/html/science/docs/1997/nsc-doc97-l/.

14. Dostrovsky I., Fraenkel Z., Friedlander G. Monte Carlo calculations of nuclear evaporation processes. III. Applications to low-energy reactions // Phys. Rev. 1959. V.116. P.683-702.234

15. Rose P.F., Dunford C.L. Data Formats and Procedures for the Evaluated Nuclear Data File ENDF-6 // BNL-NCS-44945. 1990.

16. Chadwick M.B., Young P.G., MacFarlane R.E. LAI 50 Documentation of Cross Sections. Heating, and Damage // Los Alamos National Laboratory report LA-UR-99-1222. 1999.

17. Koning A.J., Hilaire S., Duijvestijn M. TALYS-0.72 Nuclear reaction program. User manual // htpp://www.talys.eu.

18. Koning A.J., Hilaire S., Duijvestijn M. TALYS: Comprehensive nuclear reaction modeling // Proc. of Int. Conf. on Nuclear Data for Science and Technology ND2004. 2004. Santa Fe. USA. AIP. 2005. V.769. P. 1154-1157.

19. L.S. Waters (Ed.). MCNPXTM User's Manual. Version 2.3.0 // Los Alamos National Laboratory report LA-UR-02-2607. 2002.

20. Bunakov V.E., Nesterov M.M.JJnified theory of nuclear reactions based on master equations for finite open systems // Phys. Lett. B. 1976. V.60. P.417-420.

21. Raynal J. Optical Model and Coupled-Channel Calculations in Nuclear Physics // IAEA SMR-9/8. 1970. P.281-322.

22. Griffin T.T. Statistical model of intermediate structure // Phys. Rev. Letters. 1966. V.17. P.478-481.

23. Hauser W., Feshbach H. The inelastic scattering of neutrons // Phys. Rev. 1952. V.87. P.366-373.

24. Рубченя B.A., Эйсмонт В.П., Явшиц С.Г. Механизм f-распада спонтанного испускания фрагментов тяжелыми ядрами // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1986. Т.50. С.1016-1020;23528