Неупругое рассеяние быстрых нейтронов на ядрах магния, алюминия, кремния и железа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат наук Федоров Никита Александрович

• Федоров Никита Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Федоров Никита Александрович

Введение

Глава 1. Постановка эксперимента

1.1 Нейтронный генератор ИНГ-27

1.2 Детектирующие системы

1.3 Исследуемые образцы

1.4 Системы сбора данных

Глава 2. Анализ экспериментальных данных

2.1 Анализ импульсов и группировка сигналов в события

2.2 Анализ данных, получаемых с помощью сцинтилляционных детекторов

2.2.1 Анализ временных спектров

2.2.2 Анализ энергетических спектров

2.3 Анализ данных, получаемых с полупроводниковых детекторов высокого разрешения

2.4 Измерение профилей меченых пучков

Глава 3. Коррекция экспериментальных результатов

3.1 Особенности моделирования установки TANGRA

3.2 Моделирование установок c кольцевой геометрией

3.3 Моделирование установки «HPGe»

3.4 Процедура коррекции угловых распределений

3.5 Коррекция выходов у-квантов

Глава 4. Модельные расчеты нейтрон-ядерных реакций

4.1 Оптическая модель

4.2 Борновское приближение искаженных волн

4.3 Модель связанных каналов

4.4 Модель составного ядра

4.5 Вычисление сечений излучения у-квантов отдельных энергий

4.6 Библиотека TalysLib

Глава 5. Результаты и обсуждение

Стр.

5.1 Результаты для магния

5.2 Результаты для алюминия

5.3 Результаты для кремния

5.4 Результаты для железа

5.5 Обсуждение

Заключение

Приложение А. Описание классов, используемых при моделировании Приложение Б. Параметры оптических потенциалов и деформации

126

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Неупругое рассеяние быстрых нейтронов на ядрах магния, алюминия, кремния и железа»

Введение

Информация о нейтрон-ядерных взаимодействиях крайне важна как для фундаментальной, так и для прикладной физики. Отсутствие у нейтрона электрического заряда делает его уникальным зондом для исследования ядерных сил. Обусловленная электрической нейтральностью высокая проникающая способность нейтронного излучения делает перспективным его применение для изучения структуры вещества как на ядерном, так и на молекулярном уровнях. Нейтроны широко используются и в прикладных целях: в досмотровых комплексах, установках неразрушающего элементного анализа, в устройствах для исследования скважин (каротажа). Сведения о нейтрон-ядерных реакциях необходимы и для проектирования перспективных ядерно-энергетических установок, а также для моделирования различных приборов и объектов, так или иначе взаимодействующих с нейтронным излучением. Показателем актуальности исследования характеристик нейтрон-ядерных взаимодействий может служить то, что список наиболее востребованных ядерных данных [1] по большей части состоит из запросов, напрямую связанных с нейтрон-ядерными реакциями.

При взаимодействии нейтронов с атомными ядрами возможны следующие процессы:

1. Упругое рассеяние, структура ядра-мишени при этом не изменяется, как и энергия нейтрона в системе центра масс;

2. Неупругое рассеяние, в результате которого происходит возбуждение ядра и изменение энергии нейтрона в ходе реакции;

3. Поглощение нейтрона ядром-мишенью и последующее снятие возбуждения путем испускания у-лучей (радиационный захват);

4. Реакции с вылетом нуклонов или фрагментов.

Наиболее удобными для изучения процессами взаимодействия нейтронов с ядрами являются неупругое рассеяние и радиационный захват, в результате которых происходит испускание у-квантов, регистрация которых не представляет больших технических трудностей. Последнее обстоятельство также делает использование этих реакций в прикладных целях более привлекательным.

Исследование неупругого рассеяния нейтронов может дать информацию о свойствах связанных состояний ядер [2], особенно тяжелых, так как нейтрон не испытывает влияния кулоновского барьера и может проникнуть в ядро, обладая

сколь угодно низкой энергией [3]. Кроме того, изучение (n',y) угловых корреляций и анизотропии у-излучения позволяет уточнить механизм неупругого рассеяния (прямой или посредством составного ядра) [4], уточнить параметры оптического потенциала, применяемого для описания конкретного ядра [5].

Исследование взаимодействия нейтронов с энергиями 14,1 МэВ с веществом, рождающихся в реакции d + t ^ а + n, в настоящее время приобретает особую актуальность в связи с тем, что она является наиболее перспективной для осуществления управляемого термоядерного синтеза [6]. Другим применением этой реакции является получение нейтронного излучения с помощью компактных источников - нейтронных генераторов, которые в настоящее время активно используются как для поиска опасных веществ внутри различных объектов, так и в геологии при исследовании состава и влажности горных пород (т.н. нейтронный каротаж) [7]. Важным преимуществом нейтронных генераторов, помимо компактности, является возможность реализации так называемого метода меченых нейтронов (ММН), заключающегося в регистрации заряженных частиц, рождающихся совместно с нейтроном в бинарной реакции, с помощью встроенного в генератор а-детектора. Применение ММН позволяет оценить направление движения излученного нейтрона и получить временную привязку к моменту его рождения. Регистрация сигналов с детекторов вторичных излучений совместно со срабатываниями встроенного в генератор а-детектора позволяет проводить отбор событий по разнице во времени между срабатываниями детекторов. Преимуществом данного подхода является возможность выделения событий, соответствующих реакциям в изучаемом объекте, и его применение приводит к существенному снижению вклада фоновых событий в получаемые результаты. Перечисленные особенности нейтронных генераторов с возможностью мечения нейтронов делают перспективным их применение в экспериментальных установках для исследования нейтрон-ядерных реакций.

Реакции (n,xy) с испусканием у-квантов являются наиболее доступными для изучения, так как для их регистрации требуются только у-детекторы, а необходимость в ваккумном оборудовании и длинных пролетных базах отсутствует. Помимо у-лучей в этих реакциях испускаются обозначаемые как x вторичные частицы: n, p, а. Для исследования этих реакций в Лаборатории нейтронной физики им. И. М. Франка Объединенного Института Ядерных Исследований (ЛНФ ОИЯИ, Дубна) была создана установка TANGRA (TAgged Neutrons and Gamma

Rays), и, спустя некоторое время, была образована одноименная коллаборация. Ее цели следующие:

- Исследование (n,xy) реакций с помощью ММН;

- Разработка алгоритмов и программ для анализа экспериментальной информации, поступающей с детекторов нейтронного и у-излучений;

- Тестирование различных теоретических подходов, описывающих изучаемые процессы.

- Создание и развитие базы данных по сечениям реакций взаимодействия нейтронов с энергией 14,1 МэВ с ядрами различных элементов и характеристическим у-линиям, излучаемых в этих реакциях, для расширения применимости метода меченых нейтронов для идентификации широкого круга сложных химических веществ;

- Разработка методики исследования элементного состава грунтов и минералов на базе ММН с целью определения содержания в них легких элементов (литий, бериллий, бор, углерод и др.), а также редкоземельных элементов.

В настоящей работе исследуются реакции взаимодействия быстрых нейтронов с ядрами магния, алюминия, кремния и железа. Представлены результаты измерений угловых распределений и выходов у-квантов, испускаемых в ходе де-возбуждения ядер-продуктов. Данные характеристики получены из анализа данных экспериментов на установке TANGRA, структура которой позволяет реализовать ММН и значительно снизить вклад фоновых событий в анализируемые у-спектры. Также проведено сравнение полученных результатов с литературными данными и модельными расчетами в программе TALYS. Для улучшения согласия результатов вычислений с экспериментальными результатами был проведен подбор параметров оптического потенциала, который выполнялся с помощью специализированной библиотеки TalysLib, созданной в процессе работы над диссертацией и представляющей из себя набор классов и функций, облегчающих взаимодействие создаваемых нами программ с TALYS.

Цели и задачи диссертационной работы: Основными целями данной работы являются измерение выходов и угловых распределений у-квантов, испускаемых в ходе девозбуждения ядер-продуктов реакции неупругого рассеяния быстрых нейтронов, а также выполнение теоретического расчета данных характеристик. Исходя из этого были поставлены и решены следующие задачи:

1. Постановка эксперимента: разработка геометрии установки, оценка оптимальных размеров облучаемых образцов, сборка и настройка оборудования.

2. Разработка методики анализа получаемых экспериментальных данных; вычисление и применение поправок на эффекты самопоглощения и перерассеяния частиц в облучаемом образце.

3. Выполнение экспериментов и последующего анализа данных по рассеянию быстрых нейтронов на ядрах 24Mg, 27А1, 5^е.

4. Модельное описание исследуемых процессов в учетом различных механизмов реакций в согласованном подходе.

Научная новизна:

- Впервые показано, что использование компактного нейтронного генератора с мечением нейтронов позволяет создать установку с легко изменяемой геометрией и проводить измерения выходов и сечений излучения у-квантов с высокой точностью.

- Впервые измерены угловые распределения у-квантов, испускаемых при рассеянии нейтронов с энергией 14,1 МэВ на 27А1.

- Впервые получены выходы малоинтенсивных у-линий для 24Mg, 27А1,

5^е и угловые распределения для нескольких линий в случае 24Mg.

- Предложен метод оптимизации параметров оптического потенциала с согласованным учетом прямых и компаунд процессов.

Научная и практическая значимость: Практическая значимость работы состоит в апробировании экспериментальной методики исследования реакций неупругого рассеяния нейтронов с энергией 14,1 МэВ методом меченых нейтронов с использованием компактного нейтронного генератора. Полученные экспериментальные данные по выходам и угловым распределениям у-квантов могут быть использованы для увеличения точности моделирования методом Монте-Карло различных физических установок. Другим возможным применением полученных экспериментальных результатов является быстрый элементный анализ, чувствительный к легким элементам.

Полученные автором оптические потенциалы могут быть использованы для расчета других, не исследованных ранее, реакций.

Методология и методы исследования: Экспериментальные результаты получены на установке TANGRA в различных конфигурациях с использованием метода меченых нейтронов, существенно снижающего количество фоновых со-

бытий. Набранные энергетические у-спектры с детекторов низкого разрешения впоследствии аппроксимировались с помощью специализированной функции отклика, а спектры с детектора из сверхчистого германия (HPGe) аппроксимировались с помощью гауссианов на гладкой подложке. В качестве начальных приближений энергий у-квантов и соотношений между близкими фотопиками использовались данные, получаемые из результатов расчетов в TALYS 1.9 с помощью созданной нами библиотеки TalysLib.

Коррекция экспериментальных данных на самопоглощение и рассеяние частиц в веществе проводилось с помощью расчетов в программной среде GEANT4 [8], для чего была написана специализированная программа.

Модельные значения выходов у-квантов вычислялись с помощью программы TALYS 1.9 и извлекались с помощью библиотеки TalysLib, для улучшения модельного описания экспериментальных данных был проведен подбор параметров оптического потенциала и получены величины деформаций ядер.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Использование метода меченых нейтронов и компактного нейтронного генератора позволяет существенно снизить вклад фоновых событий в результирующие у-спектры.

2. Полученные в экспериментах коллаборации TANGRA данные по неупругому рассеянию нейтронов с энергией 14 МэВ с выходом интенсивных у-линий на ядрах 24Mg, 5^е позволяют уточнить информацию, имеющуюся в базах ядерных данных.

3. Выходы малоинтенсивных у-линий для 24Mg, 27А1, 5^е, угловые распределения у-квантов, излучаемых 27А1, а также угловые распределения у-квантов в некоторых переходах в 24Mg впервые определены на установке TANGRA с помощью метода меченых нейтронов

4. Совместное использование данных по упругому и неупругому рассеянию нейтронов с возбуждением первого уровня при одном значении энергии налетающих частиц позволяет уточнить параметры оптического потенциала и оценить вклады прямых и компаунд-процессов в рассматриваемые реакции. В то же время, этих данных недостаточно для однозначного определения механизма образования первого возбужденного состояния.

Степень достоверности и апробация результатов: Достоверность представленных в диссертации экспериментальных данных подтверждается согласи-

ем ряда измерений на железе и магнии с данными, полученными в других экспериментах по рассеянию нейтронов с энергией 14,1 МэВ. Достоверность модельных расчетов обусловлена использованием апробированных методов теоретической физики, использовавшихся ранее и дающих надежные результаты.

Апробация работы: Основные научные результаты были представлены автором на международных и всероссийских научных конференциях, а также научных семинарах:

- Международная конференция по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра ЯДРО (Санкт-Петербург - 2020, Дубна - 2019, Воронеж -2018)

- International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei: "Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics"(ISINN), (Дубна - 2019, Сиань, Китай - 2018, Дубна - 2017)

- Научная конференция «Ломоносовские чтения» (Москва - 2019, 2021)

- International Conference on New Frontiers in Nuclear Physics (ICNFNP), (Варанаси, Индия, 2019)

- 49th meeting of the Programme Advisory Committee for Nuclear Physics, JINR (Дубна-2019)

- Семинар ОЯФ ЛНФ ОИЯИ - декабрь 2020

- Семинар ОЭПВАЯ НИИЯФ МГУ - февраль 2021

Публикации: Диссертант является соавтором 21 печатной работы в рецензируемых изданиях. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 статьях [A1-A7], 5 из которых изданы в периодических научных журналах, индексируемых Web of Science и Scopus [A1 — A5] и 2 - в журналах, рекомендованных ВАК [A6 —A7].

Личный вклад: В написанных в соавторстве работах основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично. Автор принимал участие в подготовке и проведении экспериментов, а также в обработке экспериментальных данных, где участие автора было определяющим. Также автором была создана библиотека TalysLib, используемая для работы с программным комплексом TALYS и подгонки параметров модели. Автор принимал непосредственное участие в постановке и решении задач, в обсуждении результатов, их представлении и публикации.

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 2 приложений. Полный объём диссертации составляет 133 страницы,

включая 46 рисунков и 32 таблицы. Список литературы содержит 113 наименований.

Глава 1. Постановка эксперимента

Изучение нейтрон-ядерных реакций имеет довольно длительную историю. Все началось с открытия нейтрона Дж. Чедвиком в 1932 году, который проводил эксперименты по выбиванию протонов из парафина с помощью излучения, испускаемого источником, состоящим из полония и бериллия [9]. Считалось, что в реакции между бериллием и а-частицами, испускаемыми полонием, рождаются высокоэнергетические у-кванты, которые испытывают комптоновское рассеяние на протонах в парафине, однако, эта гипотеза требовала, чтобы энергия таких у-квантов была около 55 МэВ, а энерговыделение в реакции 9Ве+а ^13С+у не превышало 14 МэВ [9]. Данное обстоятельство привело к предположению о существованию массивной нейтральной частицы, входящей в состав атомных ядер и рождающейся в реакции 9Ве+а ^12С+п. Вскоре была открыта реакция синтеза изотопов водорода (М. Олифант, 1932 г.) и высказано предположение, что именно эти реакции происходят в звездах. Дальнейшее исследование нейтрон-ядерных реакций группой Ферми привели к открытию искусственной радиоактивности (1934 г) и резонансного поглощения нейтронов (1936 г.). Улучшалась и техника, в 1935 г. был создан нейтронный монохроматор, а в 1938 - источник нейтронов на основе ускорителя, позволивший существенно расширить диапазон энергий начальных частиц. Измерения радиусов атомных ядер с помощью быстрых (14 и 25 МэВ) нейтронов выявили отклонения от закона Я ~ А1/3, что привело к созданию оптической модели Фешбахом и др. в 1953 г. [10].

Первые эксперименты по исследованию неупругого рассеяния нейтронов на атомных ядрах были проведены в 1953 г, спустя некоторое время начались исследования нейтрон-гамма корреляций (1957 г), проводилось построение теоретических моделей, как в рамках подхода составного ядра, так и прямого механизма ядерных реакций [11]. Исследования нейтрон-ядерных реакций, в процессе которых происходит излучение у-квантов, происходит и в настоящее время. Наиболее значимыми проектами, в рамках которых исследуются эти реакции, является nELBE [12] и GELINA [13]. В этих проектах в качестве источника нейтронов используются фотоядерные реакции на свинце и уране, соответственно, спектр излучаемых нейтронов лежит в диапазоне от сотен кэВ до «20 МэВ. Применение времяпролетной методики позволяет исследовать ядерные реакции в широком диапазоне энергий налетающего нейтрона и получать энергетические зави-

симости их характеристик. Применение детекторов у-излучения высокого разрешения в этих экспериментах позволило измерить сечения излучения и величины анизотропии у-квантов для большого числа у-переходов. К сожалению, данные при энергии налетающих нейтронов, близкой к 14 МэВ для Mg, А1, Si, Fe в обсуждаемых экспериментах получены не были.

Хорошие проникающие свойства нейтронного излучения не могли не привлекать внимание инженеров, разрабатывающих методы неразрушающего исследования различных объектов. Регистрация у-лучей, испускаемых ядрами в процессе нейтрон-ядерных реакций позволяет определять элементный состав веществ, а создание компактных нейтронных источников позволило создать про-мышленно применимые установки элементного анализа, использующие нейтрон-ядерные реакции [14]. Регистрация заряженных частиц, рождающихся совместно с нейтроном в реакциях ё + ё ^3Не + п и ё + Ь Не + п позволила создать так называемые меченые пучки, использование которых позволяет реконструировать направление вылета нейтрона и определить координаты области реакции, используя информацию о промежутке времени с момента регистрации заряженной частицы до регистрации у-кванта, то есть, реализовать так называемый метод меченых нейтронов (ММН) [7].

Возможность получать информацию о пространственном распределении веществ в исследуемом объеме является очень привлекательной для конструкторов досмотровых комплексов, устройств для поиска мин и других аналогичных установок. Так, в 2004 г. был начат проект ЕЦЫТКЛСК [15], в рамках которого разрабатываются устройства, использующие ММН для поиска опасных веществ в грузовиках. В настоящее время в ОИЯИ разрабатываются установки для поиска алмазов в кимберлите [16] и быстрого элементного анализа горных пород.

В рамках проекта TANGRA, начатого в 2014 г. компактный нейтронный генератор ИНГ-27 [17] с возможностью реализации ММН впервые применен для исследований нейтрон-ядерных реакций. Использование этого прибора в качестве источника нейтронов приводит к тому, что процедуры проведения экспериментов и обработки данных имеют свои особенности, которые могут как упрощать, так и усложнять получение конечного результата.

Проект TANGRA реализуется уже на протяжении 6 лет. За это время было протестировано несколько типов систем детектирования вторичных излучений, требования к которым изменялись по мере накопления опыта и возникновения новых идей при планировании и проведении экспериментов. Основными конфи-

Нейтронный генератор ИНГ-27

тронов

гурациями детекторных систем, на которых было проведено наибольшее количество измерений, следующие:

1. «Ромашка» на основе №1(Т1) сцинтилляционных детекторов;

2. «Ромаша», состоящая из детекторов BGO;

3. «HPGe», в которой использовался один детектор из сверхчистого германия (HPGe).

Блок-схема экспериментов, проводимых на установке TANGRA приведена на Рис. 1.1. В их основе лежит метод меченых нейтронов (ММН), заключающийся в регистрации а-частиц, рождающихся в реакции ( + I ^ п + а совместно с нейтронами. В силу закона сохранения импульса, нейтрон и а-частица разлетаются в противоположные стороны, и при регистрации а-частиц позиционно-чувствительным детектором можно восстановить направление движения конкретного нейтрона. Для реализации ММН нейтронный генератор ИНГ-27, используемый в эксперименте, имеет встроенный пиксельный а-детектор. Регистрация вторичных частиц, образующихся в нейтрон-ядерных реакциях, производится в совпадении с сигналами с а-детектора, что позволяет, во-первых, оценить расположение области, где произошла реакция, а, во-вторых, существенно снизить количество фоновых событий, связанных с попаданием нейтронов в окру-

Рисунок 1.2. Схема нейтронной трубки. 1 - газовый резервуар, 2 - магнитная фокусирующая система, 3 - анод ионного источника, 4 - катод ионного источника, 5,6 - фокусирующая система, 7 - тритиевая мишень.

жающие предметы. Детальное описание компонентов установки и принципов их работы приводится далее.

1.1 Нейтронный генератор ИНГ-27

Нейтронные генераторы используются в науке и технике уже достаточно долгое время [7]. Основными элементами этих устройств являются так называемые нейтронные трубки, в общем случае представляющие из себя совмещенные в одном корпусе источник ионов, ускоряющие и фокусирующие системы, а также мишень, обогащенную изотопами 2Н или 3Н.

Существует два различных типа нейтронных трубок: газонаполненные и вакуумные, главное отличие между ними заключается в способе генерации ионов. В газонаполненных трубках ионы формируются из газа, окружающего источник ионов, с помощью так называемого источника типа Пеннинга, схема такой трубки приведена на Рис. 1.2. Внутри такого источника ионов происходит дуговой разряд, который коллимируется магнитным полем внутри полого анода. Ионизация молекул окружающего газа производится за счет электронов, осциллиру-

ющих между анодом и катодами, и формирующих, в конечном итоге, нагретый электронный газ, частицы которого имеют распределение по скоростям, близкое к максвелловскому [18]. Ионы покидают источник через отверстие в одном из катодов, и затем ускоряются разницей потенциалов, прикладываемой к мишени и ускоряющему электроду. Концентрация молекул газа внутри нейтронной трубки поддерживается на постоянном уровне с помощью так называемого газового резервуара, представляющего собой нагревательный элемент, покрытый слоем гидрида металла, разлагающегося при нагревании с выделением водорода. Мишень нейтронной трубки представляет из себя медную пластинку, насыщенную гидридом титана.

В вакуумной нейтронной трубке генерация ионов происходит во время дугового разряда между электродами, покрытыми гидридом какого-либо металла, который разлагается при нагреве. Рождающиеся в ходе разряда ионы ускоряются разностью потенциалов между мишенью и источником ионов. Вакуумные трубки работают в импульсном режиме, импульсы напряжения, прикладываемые к источнику ионов и мишени, синхронизированы. Важным преимуществом вакуумных трубок является то, что в ионном источнике нарабатываются преимущественно атомарные ионы, что приводит к большему выходу нейтронов на один ион по сравнению с газонаполненными трубками [19]. Более подробно вопросы конструкции нейтронных трубок обсуждаются в [19] и [20]. Обзор практики и перспектив применения нейтронных генераторов в фундаментальных и прикладных исследованиях приводится в [21].

Источником нейтронов, использующимся в экспериментах коллаборации TANGRA, является нейтронный генератор ИНГ-27 непрерывного действия, производимый во Всероссийском научно-исследовательский институте автоматики им. Н.Л. Духова (ФГУП «ВНИИА»). Схема этого прибора приведена на Рис. 1.3. Основным элементом конструкции нейтронного генератора является отпаянная необслуживаемая нейтронная трубка, представляющая из себя компактный ускоритель дейтронов, мишень, состоящую из гидрида титана, обогащенную тритием и а-детектор, совмещенные в одном герметичном металло-стеклянном или металло-керамическом корпусе. Объём трубки заполнен рабочей газовой смесью. Генерация нейтронов происходит в результате реакции слияния дейтронов и тритонов, из-за чего происходит излучение нейтронов и а-частиц. Регистрация а-частиц позиционно-чувствительным детектором позволяет оценить направление

нератора, 2 - а-детектор, 3 - сигнальный разъем а-детектора, 4 - высоковольтные разъемы питания, 5 - низковольтный разъем управления. Размеры приведены в

мм.

излучения нейтрона, получить временную привязку к моменту его рождения, и, тем самым реализовать ММН. Основные характеристики ИНГ-27 следующие:

- Масса: 7,5 кг

- Потребляемая мощность: 40 Вт.

- Поток нейтронов: от 5 х 107с_1 в начале срока службы до 2,5 х 107с_1 в конце.

- Время непрерывной работы: 8 ч.

- Ресурс генератора: 800 ч.

- Активность тритиевой мишени: 7,4 х 1011 Бк.

- Максимальное ускоряющее напряжение: 120 кВ.

Совокупность параметров нейтронного генератора ИНГ-27 позволяет использовать его в качестве источника меченых нейтронов в различных промышленных приборах и досмотровых комплексах. Компактность прибора и возможность использования большого количества меченых пучков одновременно делают его применение в экспериментальных установках очень привлекательным. Небольшие размеры и масса прибора позволяют легко изменять конструкцию установки под потребности конкретного эксперимента, а наличие большого ко-

личества меченых пучков, излучаемых под разными углами, позволяет добиться значительного увеличения количества точек, в которых происходит измерение угловых распределений вторичных частиц.

1.2 Детектирующие системы

При взаимодействии у-квантов с веществом детектора происходит ряд физических явлений, сопровождающихся передачей энергии фотонов его чувствительному объему. Основными процессами, происходящими при прохождении у-лучей через вещество являются:

1. фотоэлектрический эффект (фотоэффект),

2. комптоновское рассеяние,

3. рождение электрон-позитронных пар.

Все эти процессы так или иначе приводят к ионизации и возбуждению чувствительного объема, величина которых пропорциональна энергии, переданной веществу детектора. При девозбуждении кристалл сцинтиллятора испускает фотоны, количество которых, опять же, пропорционально выделенной в нем энергии. В полупроводниках при ионизации происходит рождение электронно-дырочных пар. Процесс взаимодействия одного фотона с веществом носит случайный характер, и невозможно предсказать, какая часть начальной энергии у-кванта будет поглощена детектором для данного единственного события. Однако, можно определить вероятность обнаружения определенной доли энергии исходного у-излучения путем измерения распределения энергии обнаруженных импульсов для большого количества событий от моноэнергетического источника. Такое распределение называется функцией отклика.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Федоров Никита Александрович, 2021 год

Список литературы

1. NEA Nuclear Data High Priority Request List. URL: https://www.oecd-nea.org/ dbdata/hprl/.

2. Phillips G. C., Marion J. B., Risser J. R. Progress in Fast Neutron Physics. University of Chicago Press, Chicago, 1963.

3. Игнатович В. К. Физика ультрахолодных нейтронов. Наука, М., 1986. С. 271.

4. Benetskii B. A., Frank I. M. Angular correlation between gamma rays and 14-mev neutrons scattered inelastically by Carbon // JETP. 1963. Vol. 17. P. 309.

5. Van J. J., Lind D. A. Measurements of Inelastic Scattering Cross Sections for Fast Neutrons. //Phys. Rev. 1956. Vol. 101. P. 103.

6. Sheffield J. Fun in Fusion Research. Elsevier, 2013.

7. V Valkovic. 14 MeV Neutrons. Physics and Applications. CRC Press, New York. 2015. 516 p.

8. Agostinelli S., Allison J., Amako K. et al. Geant4—a simulation toolkit // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2003. Vol. 506, no. 3. P. 250—303.

9. ChadwickJ. The existence of a neutron//Proc. R. Soc. LondonA. 1932. Vol. 136, no. 830. P. 692—708.

10. Feshbach H. The Optical Model and Its Justification // Annu. Rev. Nucl. Sci. 1958. Vol. 8, no. 1. P. 49—104. eprint: https://doi.org/10.1146/annurev.ns.08. 120158.000405.

11. Satchler G. R. Gamma Radiation following the Surface Scattering of Nucleons // Proc. Phys. Soc. London, Sect. A. 1955. Vol. 68, no. 11. P. 1037—1040.

12. Altstadt E., Beckert C., Freiesleben H. et al. A photo-neutron source for time-of-flight measurements at the radiation source ELBE // Ann Nucl Energy. 2007. Vol. 34, no. 1/2. P. 36—50.

13. Global characterisation of the GELINA facility for high-resolution neutron time-of-flight measurements by Monte Carlo simulations / D. Ene, C. Borcea, S. Kopecky, [et al.] // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A-accelerators Spectrometers Detectors and Associated Equipment. 2010. Vol. 618. P. 54—68.

14. Grieken R., Speecke A., Hoste J. Simultaneous determination of silicon and phosphorus in cast iron by 14 MeV neutron activation analysis // Journal of Radioanalytical Chemistry. 1970. Vol. 6, no. 2. P. 385—398.

15. EURITRACK project. URL: https://web.archive.org/web/20191031012725/ http://www.euritrack.org/.

16. Rogov Yu. N., Sapozhnikov M. G., Nikitin G. M. et al. Application of the tagged neuron method to dry processing of kimberlite // Gornyi Zhurnal. 2018. P. 58-62.

17. Bystritsky V. M., Grozdanov D. N., Zontikov A. O. et al. Angular distribution of 4.43-MeV y-rays produced in inelastic scattering of 14.1-MeV neutrons by 12C nuclei // Physics of Particles and Nuclei Letters. 2016. Vol. 13, no. 4. P. 504.

18. Веников Н. И. Источники ионов для ускорителей / Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова. 1979. ИАЭ—3217. URL: https : // inis . iaea . org/ collection/NCLCollectionStore/_Public/12/575/12575692.pdf.

19. Гришняев Е. В. Генератор быстрых нейтронов для калибровки детекторов слабовзаимодействующих частиц : дис. ... канд. / Гришняев Е. В. Новосибирск : Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, 2016. 128 с. URL: https://www.inp.nsk.su/images/diss/Grishnjaev_disser.pdf.

20. Кирьянов Г. И. Генераторы быстрых нейтронов: исследования, разработки, применения. Аспект Пресс, М., 2016.

21. Neutron Generators for Analytical Purposes. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, 01/2012. 145 p. URL: https://www.ebook.de/de/product/ 19589320/neutron_generators_for_analytical_purposes.html.

22. Федоров Н. А., Третьякова Т. Ю., Копач Ю. Н. и др. Метод меченых нейтронов в экспериментах по изучению ядерных реакций // Труды XVIII межвузовской научной школы молодых специалистов "Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине. Университетская книга Москва, 2017.

23. Grozdanov D. N., Kopatch Yu. N., Bystritsky V. M. et al. Measurements of Gamma Rays from the Inelastic Scattering of 14.1 MeV Neutrons Using the Tagged Neutron Method // Proceedings of the XV International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei. JINR Publishing Department, Dubna, Russia, 2018.

24. Fedorov N. A., Tretyakova T. Yu., Kopatch Yu. N. et al. Precise measurements of n-g angular correlations in inelastic scattering of 14 MeV neutrons on nuclei // 26-th International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei: "Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics" Xi'an,China,May 28th-June 1st, 2018. JINR Publishing Department, Dubna, RussiaJINR Publishing Department, Dubna, Russia, 2018.

25. Fedorov N. A., Tretyakova T. Yu., Kopatch Yu. N. et al. Angular Distribution of Gamma Rays from the Inelastic Scattering of 14 MeV Neutrons on Light Nuclei // Proceedings of the XV International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei. JINR Publishing Department, Dubna, Russia, 2018.

26. Scintillation materials,detectors and electronics. URL: http://www.amcrys.com/.

27. Grozdanov D. N., Fedorov N. A., Bystritski V. M. et al. Measurement of Angular Distributions of Gamma Rays from the Inelastic Scattering of 14.1 MeV Neutrons by Carbon and Oxygen Nuclei // Phys. Atomic Nuclei. 2018. Vol. 81, no. 5. P. 588—594.

28. Fedorov N. A., Tretyakova T. Yu., Kopatch Yu. N. et al. Study OF 14.1 MeV neutrons inelastic scattering on iron // Proceedings of the XVI International Seminar on Interaction of Neutrons with Nuclei. JINR Publishing Department, Dubna, Russia, 2019.

29. Grozdanov D. N., Fedorov N. A., Kopatch Yu. N. et al. Measurement of the Yield and Angular Distributions of Gamma Rays Originating from the Interaction of 14.1-MeV Neutrons with Chromium Nuclei // Phys. Atomic Nuclei. 2020. Vol. 83, no. 3. P. 384—390.

30. Описание ADCM-16. URL: http://afi.jinr.ru/ADCM16-LTC.

31. Grozdanov D. N., Fedorov N. A., Kopatch Yu. N. et al. Response function of a BGO detector for y-rays with energies in the range from 0.2 MeV to 8 MeV // Indian Journal of Pure & Applied Physics (IJPAP). 2020. Vol. 83, no. 3. P. 427—430.

33. Zamyatin N. I., Bystritsky V. M., Kopach Y. N. et al. Neutron beam profilometer on the base of double-sided silicon strip detectors // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2018. Vol. 898. P. 46—52.

34. FLUKA MonteCarlo simulation package. URL: http://www.fluka.org/fluka.php.

35. MCNP. URL: https://mcnp.lanl.gov/.

36. Lang R. F., Pienaar J., Hogenbirk E. et al. Characterization of a deuteriumdeuterium plasma fusion neutron generator // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2018. Vol. 879. P. 31—38.

37. Herman M., Capote R., Carlson B. V. et al. EMPIRE: Nuclear Reaction Model Code System for Data Evaluation//Nucl. Data Sheets. 2007. Vol. 108. P. 2655.

38. J Raynal. CEA report No. CEA-N-2772 : tech. rep. 1994.

39. Koning A. J., Delaroche J. P. Local and global nucleon optical models from 1 keVto 200 MeV // Nucl. Phys. A. 2003. Vol. 713, no. 3. P. 231—310.

40. Koning A. J., Delaroche J. P. Local and global nucleon optical models from 1 keV to 200 MeV // Nucl. Phys. A. 2003. Vol. 713. P. 231.

41. Satchler G. R. Direct nuclear reactions. Oxford; New York : Clarendon Press ; Oxford University Press, 1983.

42. Tamura T. Analyses of the Scattering of Nuclear Particles by Collective Nuclei in Terms of the Coupled-Channel Calculation // Rev. Mod. Phys. 1965. Vol. 37, issue 4. P. 679—708.

43. Тейлор Д. Теория рассеяния: Квантовая теория нерелятивистских столкновений. Мир., M., 1975. 444 с.

44. Koning A. J., Hilaire S., Goriely S. Global and local level density models // Nucl. Phys. A. 2008. Vol. 810, no. 1—4. P. 13—76.

45. Ignatyuk A. V., Smirenkin G. N., Tishin A. S. Phenomenological description of energy dependence of the level density parameter// Yad. Fiz. 1975. Vol. 21, no. 3. P. 485—490.

47. Capote R., Herman M., Oblozinsky P. et al. RIPL - Reference Input Parameter Library for Calculation of Nuclear Reactions and Nuclear Data Evaluations // Nuclear Data Sheets. 2009. T. 110, № 12. C. 3107—3214.

48. Brun Rene., Rademakers Fons., Canal Philippe. et al. root-project/root: v6.18/02. 2019.

49. Mendes E., Ducasse T., Miguirditchian M. et al. Application of the Pyrochemical DOS, Developed by the CEA, within Reprocessing of CERCER Transmutation Fuel Targets // Procedia Chem. 2016. Vol. 21. P. 433—440.

50. Abbondanno U., Giacomich R., Lagonegro M. et al. Gamma rays resulting from nonelastic processes of 14 2 MeV neutrons with sodium, magnesium, silicon, sulphur, titanium, chromium and iron // J. Nucl. Energy. 1973. Vol. 27, no. 4. P. 227--239.

51. Stewart D. T., Martin P. W. Gamma rays from the interaction of 14 MeV neutrons with C12 and Mg24 // Nuclear Phys. B. 1964. Vol. 60, no. 2. P. 349—352.

52. Nyberg-Ponnert K., Jönsson B., Bergqvist I. Gamma Rays Produced by the Interaction of 15 MeV Neutrons in N, O, Mg and Al // Phys. Scripta. 1971. Vol. 4, no. 4/5. P. 165—173.

53. Olacel A., Borcea C., Dessagne P. et al. Neutron inelastic cross-section measurements forMg24 // Phys. Rev. C. 2014. Vol. 90, no. 3. P. 034603.

54. Firestone R. B. Nuclear Data Sheets for A = 21 // Nucl Data Sheets. 2015. Vol. 127. P. 1—68.

55. Basunia M. Sh. Nuclear Data Sheets for A = 22 // Nucl Data Sheets. 2015. Vol. 127. P. 69-190.

56. Firestone R. B. Nuclear Data Sheets for A = 23 // Nucl Data Sheets. 2007. Vol. 108, no. 1.P. 1—78.

57. Firestone R. B. Nuclear Data Sheets for A = 24 // Nucl Data Sheets. 2007. Vol. 108, no. 11. P. 2319-2392.

58. Simakov S. P., Pavlik A., Vonach H. et al. Status of Experimental and Evaluated Discrete Gamma-Ray Production at En=14.5 MeV / International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria. 1998.

59. Nelson R. O., Laymon C. M., Wender S. A. et al. Gamma-ray production cross sections from neutron interaction with iron : LA-UR-02-7167 / Los Alamos National Laboratory. URL: https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info: lanl-repo/lareport/LA-UR-02-7167.

60. Clarke R. L., Cross W. G. Elastic and inelastic scattering of 14.1 MeV neutrons from Ni and Zr // Nuclear Physics A. 1967. Vol. 95, no. 2. P. 320—336.

61. Takahashi A., Ichimura E., Sasaki Y. et al. Measurement of Double Differential Neutron Emission Cross Sections for Incident Neutrons of 14 MeV // Journal of Nuclear Science and Technology. 1988. Vol. 25, no. 3. P. 215—232.

62. Haouat G., Lagrange Ch., de Swiniarski. R. et al. Nuclear deformations of Mg-24,Si-28, and S-32from fast neutron scattering // Phys. Rev. C. 1984. Vol. 30, no. 6. P. 1795—1809.

63. Raman S., Nestor C. W., Tikkanen P. Transition probability from the ground to the first-excited 2+ state of even-even nuclides // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 2001. Vol. 78, no. 1. P. 1—128.

64. Alexakhin V. Yu., Bystritsky V. M., Zamyatin N. I. et al. Detection of diamonds in kimberlite by the tagged neutron method // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2015. Vol. 785. P. 9—13.

65. Waldschlaeger U. Recent and future developments in low power total reflection X-ray fluorescence spectroscopy // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2006. Vol. 61, no. 10/11. P. 1115—1118.

66. Zhou H., Huang G. Study of Total Discrete Gamma Radiation from Aluminum under 14.9-MeV Neutron Bombardment//Nucl. Sci. Eng. 1997. Vol. 125, no. 1. P. 61-74.

67. Yamamoto T., Hino Y., Itagaki Sh. et al. Gamma-Ray Production Cross Sections for Interactions of 14.8 MeV Neutrons with O, Na, Al, Cl, Cr, Fe, Ni, Cu and Pb // J Nucl Sci Technol. 1978. Vol. 15, no. 11. P. 797—805.

68. Hlavac S., Dostal L., Turzo I. et al. Study of Gamma Radiation from the Interaction of 14.6-MeV Neutrons with 27Al // Nucl. Sci. Eng. 1997. Vol. 125, no. 2. P. 196-204.

69. Firestone R. B. Nuclear Data Sheets for A = 25 // Nucl Data Sheets. 2009. Vol. 110, no. 8. P. 1691-1744.

71. Basunia M. Sh. Nuclear Data Sheets for A = 27 // Nucl Data Sheets. 2011. Vol. 112, no. 8. P. 1875—1948.

72. Engesser F. C., Thompson W. E. Gamma rays resulting from interactions of 14 7 MeV neutrons with various elements // J. Nucl. Energy. 1967. Vol. 21, no. 6. P. 487--507.

73. Chung K. C., Velkley D. E., Brandenberger J. D. et al. 27Al(n, n'y) reactions and the 3002 keV level // Nucl. Phys. A. 1968. Vol. 115, no. 2. P. 476—480.

74. SheldonE. Angular correlationsin inelastic nucleon scattering // Rev. Mod. Phys. 1963. Vol. 35. P. 795.

75. Whisnant C. S., Dave J. H., Gould C. R. Elastic and inelastic neutron scattering from Al-27 at 11, 14, and 17 MeV // Phys. Rev. C. 1984. Vol. 30, no. 5. P. 1435-1441.

76. Barson D., Christensen R., Decoster E. et al. Spectroscopy: The Key to Rapid, Reliable Petrophysical Answers // Oilfield Rev. 2005. Vol. 17. P. 14—33.

77. Markova M. L., Fedorov N. A., Tretyakova T. Yu. Structure of the 1d2s shell from data on single-particle-transfer reactions // Phys. Atomic Nuclei. 2017. Vol. 80, no. 9. P. 1484—1488.

78. Orphan V. J., Hoot C. G., John J. Gamma-Ray Production Cross Sections for the 16O(n,xy) Reaction from 6.35- to 16.52-MeV Neutron Energy // Nucl. Sci. Eng. 1970. Vol. 42, no. 3. P. 352—366.

79. Zhou H., Deng F., Zhao Q. et al. Investigation of discrete y-radiation in interactions of 14.9-MeV neutrons with natural silicon by a total y-radiation measurement technique // Phys. Rev. C. 2010. Vol. 82, no. 4. P. 047602.

80. Ajzenberg-Selove F. Energy levels of light nuclei A = 13-15 // Nucl. Phys. A. 1991. Vol. 523, no. 1.P. 1-196.

81. Tilley D. R., Weller H. R., Cheves C. M. Energy levels of light nuclei A = 16-17//Nucl. Phys. A. 1993. Vol. 564, no. 1. P. 1—183.

82. Basunia M. Sh. Nuclear Data Sheets for A = 28 // Nucl Data Sheets. 2013. Vol. 114, no. 10. P. 1189-1291.

84. Bucher W., Hollandsworth C. E. Small-angle scattering of 7-14 MeV neutrons by nuclei // Physics Letters B. 1975. Vol. 58, no. 3. P. 277—278.

85. Schmidt D., Mannhart W. Precise Measurement of Neutron Scattering Cross Sections on Silicon at Energies between 8 and 14 MeV // Journal of Nuclear Science and Technology. 2002. Vol. 39, sup2. P. 226—229.

86. Minetti B., Pasquarelli A., Bonazzola G. et al. Elastic and inelastic backscattering of 14.2 MeV neutrons from28Si//Lettere alNuovo Cimento (1971-1985). 1973. Vol. 8. P. 249—255.

87. Roturier J. Contribution to the study of fast neutron interaction with 1p,2s and 1d nuclei // Comptes Rendus, Serie B, Physique. 1966. Vol. 262. P. 1736.

88. Sun W., Watanabe Y., Sukhovitskii E. Sh. et al. Coupled-Channels Analysis of Nucleon Interaction Data of28'30Si up to 200 MeV Based on the Soft Rotator Model // Journal of Nuclear Science and Technology. 2003. Vol. 40, no. 9. P. 635-643.

89. Swiniarski R. de., Conzett H. E., Lamontagne C. R. et al. Excitation of the Ground-State Rotational Band in 28Si by Inelastic Scattering of 25.25 MeV Polarized Protons // Canadian Journal of Physics. 1973. Vol. 51, no. 12. P. 1293-1299.

90. Kliczewski S., Lewandowski Z. Elastic and inelastic scattering of 14.1 MeV neutrons on 28Si nuclei in a wide angular range, and the spin-orbit interaction // Nuclear Physics A. 1978. Vol. 304, no. 2. P. 269—281.

91. Juris M., Coplen T. B., Berglund M. et al. Isotopic compositions of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2016. Vol. 88, no. 3. P. 293-306.

92. The CIELP Project. URL: https://www-nds.iaea.org/CIELO/.

93. Castaneda C. M., Gearhart D. G., Gearhart R. M. et al. Gamma ray production cross sections from the bombardment of Mg, Al, Si, Ca and Fe with medium energy neutrons // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. 2007. Vol. 260, no. 2. P. 508—512.

95. Negret A., Sin M., Borcea C. et al. Cross-section measurements for theFe57(n,ny)Fe57andFe57(n,2ny)Fe56reactions // Phys. Rev. C. 2017. Vol. 96, no. 2. P. 024620.

96. Beyer R., Schwengner R., Hannaske R. et al. Inelastic scattering of fast neutrons from excited states in 56Fe // Nucl. Phys. A. 2014. Vol. 927. P. 41—52.

97. Beyer R., Dietz M., Bemmerer D. et al. The y -ray angular distribution in fast neutron inelastic scattering from iron // Eur. Phys. J. A. 2018. Vol. 54, no. 4.

98. Ramirez A. P., Vanhoy J. R., Hicks S. F. et al. Neutron scattering cross section measurements forFe56 // Phys. Rev. C. 2017. Vol. 95, no. 6. P. 064605.

99. Junde H., Su H., Dong Y. Nuclear Data Sheets for A = 56 // Nucl Data Sheets. 2011. Vol. 112, no. 6. P. 1513-1645.

100. Junde H. Nuclear Data Sheets for A = 53 // Nucl Data Sheets. 2009. Vol. 110, no. 11. P. 2689-2814.

101. Junde H. Nuclear Data Sheets for A = 55 // Nucl Data Sheets. 2008. Vol. 109, no. 4. P. 787—942.

102. Junde H., Su H. Nuclear Data Sheets for A = 54 // Nucl Data Sheets. 2006. Vol. 107, no. 6. P. 1393—1530.

103. Дегтярев А. П., Козырь Ю. Е., Прокопец Г. А. Угловое распределение у-квантов, сопровождающих взаимодействие 14,6-мэв нейтронов с ядрами 56Fe, 23Na // Материалы 4-й Всесоюзной конференции по нейтронной физике. 1977.

104. Lachkar J., Sigaud J., Patin Y. et al. Gamma-Ray-Production Cross Sections for the 56Fe(n,n'y) Reaction from 2.5- to 14.1-MeV Neutron Energies // Nucl. Sci. Eng. 1974. Vol. 55, no. 2. P. 168—187.

105. Savin M. V., Livke A. V., Nefedov Yu. Ya. et al. Evaluation of Angular Distributions and Gamma-Ray Production Cross Sections for Iron // J Nucl Sci Technol. 2000. Vol. 37, sup1. P. 748—752.

106. Schmidt D., Mannhart W., Klein H. et al. Elastic and inelastic neutron scattering on elemental iron : Neutronenphysik Reports / Phys.Techn.Bundesanst. 1994. No. 20.

108. Hyakutake M., MatobaM., Tonai T. et al. Scattering of 14.1 MeVNeutrons from Fe // Journal of the Physical Society of Japan. 1975. Vol. 38, no. 3. P. 606—610.

109. El-Kadi S. M., Nelson C. E., Purser F. O. et al. Elastic and inelastic scattering of neutrons from 54, 56Fe and 63, 65Cu // Nuclear Physics A. 1982. Vol. 390, no. 3. P. 509—540.

110. Delaroche J. P., El-Kadi S. M., Guss P. P. et al. Elastic and inelastic scattering of neutrons from 54, 56Fe and 63, 65Cu // Nuclear Physics A. 1982. Vol. 390, no. 3. P. 541—560.

111. Voss F. Proc. Int. Conf., Knoxville. 1971. //. C. 218.

112. Murata I. // Int. Conf. on Nucl. Data for Sci. and Tech. Mito. 1988.

113. Nellis D. L. Report ORO-2791-32. 1971.

Приложение А Описание классов, используемых при моделировании

Список основных классов, используемых в программах Монте-Карло моделирования с GEANT4:

1. G4VUserDetectorConstruction - класс, на основе которого строится описание модельной геометрии.

2. G4MTRunManager - используется для реализации многопоточности. Создает несколько отдельных потоков и передает в каждый из них необходимую информацию.

3. G4VModularPhysicsList - содержит информацию о рассматриваемых физических процессах и параметры их моделей. Существует несколько версий данного класса, предоставляемых разработчиками GEANT4, специализированных под конкретные задачи. В наших симуляциях использовались QGSP_BIC и, в случаях, когда требовалась высокая точность воспроизведения нейтронных сечений, QGSP_BIC_HP.

4. G4VUserDetectorConstruction - содержит описание геометрии эксперимента и список используемых материалов для каждого из физических объектов моделирования

5. G4VUserActionInitialization - используется для инициализации моделирования.

6. G4UserRunAction - используется для хранения результатов симуляции, в нашей программе внутри этого класса происходит создание гистограмм, их суммирование и сохранение в файл результатов моделирования. Его можно отождествить с «измерением». В блок-схеме на Рис. 3.1 данный класс соответствует объекту «Run»

7. G4UserEventAction - класс, реализующий получение и анализ информации, соответствующей одному событию, начало которого соответствует рождению начальной частицы, а конец-поглощению или выходу за область моделирования всех дочерних частиц. На Рис. 3.1 соответствует объекту «Event».

8. G4UserSteppingAction - класс, в рамках которого происходит т.н. трекинг частиц, то есть, моделирование движения частицы через вещество, их

взаимодействие с ядрами, рождение и уничтожение. Именно в нем происходит получение информации об угле вылета частицы, энергии, переданной веществу, переходе через границу физического объекта. После суммирования переданных на каждом шаге энергий веществу детектора можно получить энерговыделение в ходе данного события и записать его в гистограмму для построения энергетического спектра, зарегистрированного детектором, т.е. полный аналог экспериментальной информации. Этому классу соответствует объект Step на Рис. 3.1.

Приложение Б Параметры оптических потенциалов и деформации

Сравнение параметров энергетической зависимости с вариантом DEF для показывает, что во всех рассматриваемых подходах для всех рассматриваемых ядер в объемной части потенциала изменился только коэффициент параметр у2, также участвующий в процедуре подгонки, не изменился. Учет выходов у-квантов не приводит к существенным изменениям как Уу, так и параметров у\,у2. Наиболее сильно изменилась мнимая компонента объемной части, а так же спин-орбитальная компонента потенциала, использование данных по у-выходам привело к существенным изменениям как Wso, так и ее энергетической зависимости.

Полученные в результате аппроксимации экспериментальных данных оптические потенциалы приведены в таблицах 21 - 26, а рассчитанные с использованием новых параметров выходы у-квантов - в 30 - 32. В качестве начальных приближений для оптических потенциалов использовались параметры «по умолчанию», а для деформаций - значения из [63], знак деформации определялся из квадрупольного момента. Для оптимизации параметров деформации в подходах

Таблица 21. Полученные параметры ОП с использованием всех протестированных подходов для 24Mg.

БЕБ AROT AROTY DWBA DWBAY ROT ROTY VIB VIBY

К 47,916 46,463 46,572 45,654 45,761 46,896 47,012 46,491 46,417

wv 1,321 0,001 0,001 0,004 0,000 0,025 0,036 0,001 0,000

ту 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170

оу 0,676 0,676 0,676 0,676 0,676 0,676 0,676 0,676 0,676

wd 7,542 5,881 5,898 7,467 7,458 5,889 5,844 5,767 5,776

тй 1,298 1,298 1,298 1,298 1,298 1,298 1,298 1,298 1,298

ай 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540

уа0 5,478 4,951 5,019 9,452 9,486 5,451 5,438 9,839 9,884

WSo -0,080 0,195 0,216 0,112 0,227 0,219 0,513 0,561 0,613

тв0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

аво 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580

DEF АЯОТ АЯОТу DWBA DWБAY ЯОТ ЯОТу У1В У1Бу

58,000 56,237 56,348 55,262 55,371 56,559 56,321 55,842 56,186

У2 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007

Уз 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5

Ю1 12,000 0,010 0,007 0,057 0,000 0,280 0,329 0,007 0,000

Ю2 74,000 74,000 74,000 90,250 74,000 82,518 74,767 74,000 74,000

й1 16,200 12,567 12,786 16,038 16,015 12,779 12,781 12,476 12,408

¿2 0,021 0,021 0,022 0,021 0,021 0,022 0,022 0,022 0,021

¿з 12,500 12,500 12,500 12,500 12,500 12,500 12,624 12,500 12,500

Ува1 6,000 5,424 5,531 10,354 10,227 5,983 6,032 10,375 10,827

Ува2 0,004 0,003 0,004 0,004 0,003 0,004 0,004 0,002 0,004

Ыво1 -3,100 7,564 8,383 4,350 8,791 8,509 8,120 21,742 23,779

Ыва2 160,000 160,000 160,000 160,000 160,000 160,000 100,283 160,000 160,000

Таблица 23. Полученные параметры ОП с использованием всех протестированных подходов для

БЕБ БтаА ROT ROTy У1Б У1БТ

К 48,526 49,912 49,751 49,819 49,752 49,769 49,782

1,428 0,124 0,320 0,040 0,013 0,005 0,004

Ту 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170 1,170

йу 0,668 0,668 0,668 0,668 0,668 0,668 0,668

6,593 8,617 8,457 7,619 7,635 7,487 7,529

Тз 1,294 1,294 1,294 1,294 1,294 1,294 1,294

аз, 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540 0,540

У*а 5,387 6,199 6,211 5,935 6,141 6,350 6,313

^о -0,085 -0,085 -0,116 0,550 0,185 0,131 0,256

Тво 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

аво 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580 0,580

AROT и AROTy начальными приближениями для |32, в4, У были значения, используемые TALYS «по умолчанию» и приведенные в таблице 27.

DEF DWBA DWBAT ROT ROTт УЮ У1БТ

VI 58,800 60,746 60,307 60,228 60,078 60,257 60,485

У2 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007

V3 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5

12,500 1,087 2,990 0,347 0,162 0,039 0,016

75,000 75,000 77,824 74,087 89,311 69,178 48,344

13,800 18,230 17,811 16,199 16,011 15,762 15,811

d2 0,022 0,022 0,022 0,022 0,022 0,022 0,022

11,100 11,100 11,100 11,046 11,100 11,074 10,968

Vso1 6,000 6,846 6,803 6,443 6,841 7,233 7,636

Vso2 0,004 0,004 0,003 0,003 0,004 0,005 0,007

Wso1 -3,100 -3,100 -5,357 9,203 6,731 4,797 9,869

Wso2 160,000 160,000 181,077 106,801 160,000 160,696 164,969

Таблица 25. Полученные параметры ОП с использованием всех протестированных подходов для 5^е.

DEF DWBA DWBAY ЯОТ ЯОТт У1В УЮТ

К 47,912 47,149 47,469 47,582 47,611 47,639 47,724

1,034 0,648 0,651 0,249 0,191 0,525 0,622

Ту 1,186 1,186 1,186 1,186 1,186 1,186 1,186

йу 0,663 0,663 0,663 0,663 0,663 0,663 0,663

7,668 8,216 8,191 8,615 8,658 8,124 8,092

Тз 1,282 1,282 1,282 1,282 1,282 1,282 1,282

аз, 0,532 0,532 0,532 0,532 0,532 0,532 0,532

VSo 5,552 6,558 6,236 5,840 6,006 6,349 6,330

^ -0,066 -1,259 -0,214 -0,066 -0,467 -0,579 -0,216

rso 1 1 1 1 1 1 1

aso 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58

DEF DWBA DWBAT ROT ROTт УЮ У1БТ

VI 56,800 55,636 56,206 56,409 56,467 56,539 56,577

У2 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007

V3 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5 1,9 • 10-5

13,000 8,366 8,179 3,135 2,467 6,691 7,812

80,000 81,198 80,000 80,000 81,293 80,572 80,000

¿1 15,300 16,158 16,319 17,366 17,283 16,287 16,147

¿2 0,021 0,021 0,021 0,022 0,021 0,021 0,021

¿3 10,900 10,703 10,900 10,900 10,907 10,971 10,900

VSo1 6,100 7,118 6,850 6,416 6,841 6,924 6,954

Vso2 0,004 0,003 0,004 0,004 0,006 0,004 0,004

Wso1 -3,100 -25,942 -10,103 -3,100 -14,528 -24,375 -10,234

Wso2 160,000 104,162 160,000 160,000 129,079 150,822 160,000

Таблица 27. Полученные параметры деформации с использованием всех протестированных подходов для 24Mg.

DEF АЯОТ АЯОТт DWBA DWBAY ЯОТ ЯОТт У1В УЮТ

в2 0,592 0,577 0,572 0,663 0,661 0,488 0,486 0,509 0,509

У 20,000 14,745 16,554

в4 -0,050 -0,181 -0,161

Таблица 28. Полученные параметры деформации с использованием всех протестированных подходов для 28Si.

Еь J р DEF DWBA DWBAY ЯОТ ЯОТт У1В УЮТ

0 0+ -0,512 -0,515 -0,416 -0,414 -0,395 -0,396

1779,03 2+ -0,512 -0,515 -0,416 -0,414 -0,395 -0,396

4617,86 4+

6878,79 3- 0,245 0,245 0,245 0,245 0,245 0,245 0,245

Еь: 3 р DEF DWBA DWБAY ROT ROTy У1Б УЮТ

0 0+ 0,278 0,280 0,220 0,220 0,225 0,226

846,78 2+ 0,239 0,278 0,280 0,220 0,220 0,225 0,226

2085,10 4+ 0,022 0,022 0,022 0,022 0,022 0,022 0,022

2657,59 2+ 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045

2959,97 2+ 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015

3369,95 2+ 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065

3388,55 6+ 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045

3445,35 3+ 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028 0,028

3610,21 0+ 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038 0,038

3759,60 3- 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030

Таблица 30. Величины выходов, полученных с помощью оптимизированных параметров модели для 24Mg.

Еу Реакция БЕБ AROT AROTY Б^МБА БМБАТ ROT ROTY У1Б У1БТ TANGRA

91 (п,р) 14,23 11,74 11,86 12,99 12,98 12,59 12,58 12,78 12,80 15,9(0,9)

350,7 (п,а) 25,95 22,21 22,41 23,55 23,55 23,39 23,43 23,84 23,84 44,1(1,5)

440 (п,д) 6,57 6,16 6,17 6,03 6,04 6,03 6,09 6,70 6,70 6,5(1,0)

781,4 (п,р) 2,33 1,96 1,97 2,10 2,10 2,08 2,08 2,10 2,10 3,2(0,6)

1322,3 (п,р) 2,03 1,71 1,72 1,83 1,83 1,81 1,82 1,82 1,83 2,3(0,6)

1344,6 (п,р) 2,95 2,48 2,50 2,66 2,66 2,64 2,64 2,66 2,66 2,0(0,7)

1512,4 (п,р) 2,68 2,27 2,29 2,30 2,30 2,36 2,37 2,37 2,38 3,6(1,3)

1565,2 (п,а) 1,69 1,48 1,49 1,54 1,54 1,54 1,54 1,57 1,58 1,6(0,6)

1636 (п,д) 0,78 0,67 0,67 0,72 0,72 0,70 0,70 0,72 0,72 3,0(0,6)

2437,5 (п,а) 1,49 1,25 1,26 1,36 1,36 1,33 1,33 1,36 1,36 1,7(0,6)

2754,2 (п,п') 17,72 16,68 16,44 13,23 13,22 15,67 15,66 12,83 12,83 15,5(2,4)

3866,4 (п,п') 7,34 6,03 6,06 6,21 6,20 6,15 6,15 5,97 5,97 6,8(1,8)

4238,2 (п,п') 5,44 4,39 4,43 4,65 4,65 4,56 4,55 4,38 4,38 6,1(1,8)

4642,2 (п,п') 4,98 4,02 4,04 4,10 4,10 4,05 4,06 3,88 3,88 6,7(2,1)

6247,8 (п,п') 4,38 5,44 5,49 4,00 4,00 5,69 5,70 6,12 6,12 2,9(1,7)

Еу Реакция DEF DWBA DWBAT ROT ROTт VIB VШT TANGRA

389,71 (п,а) 5,67 5,06 5,07 4,94 4,95 5,14 5,13 12,0(1,0)

585,04 (п,а) 14,97 13,34 13,37 13,00 13,01 13,56 13,53 24,0(2,0)

941,71 (п,р) 7,03 6,24 6,26 5,92 5,95 6,30 6,28 4,0(1,0)

974,76 (п,а) 6,68 5,97 5,97 5,83 5,83 6,06 6,05 11,0(1,0)

983 (п,Р) 10,45 9,29 9,30 9,08 9,08 9,44 9,42 8,0(3,0)

1589,66 (п,Р) 6,71 5,95 5,97 5,68 5,70 6,02 5,99 5,0(1,0)

1622,91 (п,Р) 7,72 6,85 6,87 6,60 6,62 6,94 6,92 7,0(1,0)

2838,83 (п,п') 18,62 15,87 15,86 17,57 17,52 15,67 15,66 14,0(3,0)

Таблица 32. Величины выходов, полученных с помощью оптимизированных параметров модели для 5^е.

Еу Реакция DEF DWBA DWBAT ROT ROTт VIB VШT TANGRA

123,5 (п,Р) 1,44 1,40 1,40 1,39 1,38 1,42 1,42 2,1(0,8)

125,95 (п$) 4,52 4,35 4,37 4,17 4,15 4,30 4,31 3,7(0,8)

212,03 (п,Р) 4,52 4,38 4,39 4,32 4,30 4,45 4,46 5,9(0,6)

314,38 (п,Р) 1,48 1,44 1,44 1,39 1,39 1,46 1,46 1,7(0,6)

335,53 (п,Р) 1,04 1,01 1,01 1,00 1,00 1,02 1,02 2,2(0,6)

411,42 (п,2п) 7,05 6,88 6,82 6,14 6,16 6,30 6,29 5,3(0,6)

477,16 (п,2п) 3,98 3,88 3,87 3,35 3,34 3,47 3,46 4,6(12,5)

931,29 (п,2п) 19,45 18,90 18,85 17,09 17,08 17,31 17,30 12,0(0,7)

1037,87 (п,п') 6,48 6,33 6,33 6,40 6,37 6,32 6,33 8,2(0,6)

1238,33 (п,п') 48,46 47,36 47,37 47,92 47,76 47,08 47,15 43,8(1,0)

1289,52 (п,а) 1,68 1,64 1,64 1,61 1,60 1,67 1,67 1,7(0,3)

1303,45 (п,п') 9,64 9,41 9,42 9,57 9,54 9,26 9,27 9,2(0,4)

1316,54 (п,2п) 8,65 8,38 8,38 7,48 7,47 7,65 7,64 5,6(0,3)

1408,45 (п,2п) 3,34 3,26 3,25 2,82 2,81 2,91 2,91 4,0(0,3)

1670,46 (п,п') 5,09 4,97 4,98 5,05 5,03 4,88 4,89 4,5(0,3)

1674,49 (п,п') 1,03 1,01 1,01 1,02 1,02 1,02 1,02 0,5(0,3)

1771,39 (п,п') 1,65 1,61 1,61 1,62 1,62 1,61 1,62 1,5(0,3)

1810,81 (п,п') 3,14 3,08 3,06 3,14 3,14 3,17 3,16 6,7(0,3)

2113,19 (п,п') 1,80 1,77 1,76 1,77 1,77 1,78 1,78 2,5(0,6)

2523,17 (п,п') 1,37 1,33 1,32 1,44 1,44 1,47 1,47 2,5(0,6)

2598,57 (п,п') 2,07 2,03 2,02 2,04 2,03 2,03 2,03 3,4(0,3)