Синтез нейтронодефицитных ядер актиноидов и запаздывающее деление тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, доктор физико-математических наук Кузнецов, Владислав Иванович

• Кузнецов, Владислав Иванович
• доктор физико-математических наук
• 1984

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Кузнецов, Владислав Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОТКРЫТИЕ ЗАПАЗДЫВАЮЩЕГО ДЕЛЕНИЯ

1. Выбор области Z и N для поиска неизвестных делящихся изотопов с аномально малыми периодами полураспада

2. Достижение предельных интенсивностей тяжелых ионов на циклотроне с диаметром полюсов 3 метра (У-300).

3. Наблюдение делящихся ядер с периодом полураспада 2,6 мин.

Идентификация изотопов нептуния и америция с периодами полураспада, лежащими в минутном интервале

5. Интерпретация открытого явления

Глава П. ОБЛАСТЬ ЗАПАЗДЫВАЮЩЕГО ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР

1. Основные теоретические представления

2. Область Z и А запаздывающего деления ней-тронодефицитных ядер.

Глава Ш. ЗАПАЗДЫВАЮЩЕЕ ДЕЛЕНИЕ И СИНТЕЗ ТЯЖЕЛЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ В НЕЙТРОННЫХ ПОТОКАХ

1. Влияние запаздывающих процессов на выход тяжелых элементов в космическом нуклеосинтезе

2. Запаздывающее деление и образование трансурановых элементов в импульсных нейтронных потоках

3. Теоретическая модель

Глава 1У. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ,

СВЯЗАННЫЕ С ОТКРЫТИЕМ ЗАПАЗДЫВАЮЩЕГО ДЕЛЕНИЯ

1. Изучение запаздывающего деления нейтронодефи-цитных ядер с Z" > 95.Ю

2. Экспериментальное изучение запаздывающего деления нейтроноизбыточных ядер

3. Параметры барьеров деления и запаздывающее деление.III

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез нейтронодефицитных ядер актиноидов и запаздывающее деление»

Изучение запаздывающего деления нейтронодефицитных атомных ядер актиноидных элементов входит в цикл работ лаборатории ядерных реакций, посвященных исследованию новых трансурановых элементов, и, вместе с тем, связано с работами по делению ядер из состояний с малыми энергиями возбуждения, началом которых послужило открытие К.А.Иетркаком и Г.Н.Флеровым спонтанного деления урана/1/.

Еще на первой стадии работ по синтезу элементов с атомным номером Z>I0I в ядерных реакциях на тяжелых ионах спонтанное деление рассматривалось в качестве основного процесса, который предполагалось использовать для идентификации новых элементов. Это естественно, так как регистрация актов деления позволяет с высокой надежностью идентифицировать спонтанно делящиеся ядра, а спонтанное деление во многих случаях наиболее вероятный и характерный вид распада четно-четных ядер с Z. > 101.

В процессе проведения исследований спонтанного деления кур-чатовия, в 1962 году, были открыты не предсказанные теорией ядра с аномально короткими периодами полураспада^/. Объяснение механизма этого процесса, как явления ядерной изомерии формы, привело к пересмотру ряда основных представлений физики деления атомного ядра, включая структуру барьера деления, позволило интерпретировать такие явления, как, например, подбарьерные делительные резонансы.

С другой стороны, исследование делящихся изомеров было необходимо для оценки влияния их распада на уровень фона в работах по идентификации ядер трансурановых элементов по их осколкам деления, ввиду того, что ядра изомеров формы могут образовываться в ядерных реакциях, протекающих одновременно с реакциями синтеза новых элементов^*5/.

Открытие делящихся изомеров стимулировало развитие работ по изучению других гипотетических явлений, приводящих к появлению осколочных активностей с малыми периодами полураспада. Поэтому в 1965 году были начаты поиски делящихся ядер с аномально короткими периодами полураспада во временном диапазоне секунды - минуты в области нейтронодефицитных ядер актиноидных элементов.

Данная работа в значительной мере посвящена результатам поисков таких ядер и основана на открытии нового, непредсказанно-го теоретически явления - запаздывающего деления атомных ядер

Открытие этого процесса распада в Лаборатории ядерных реакций подтверждено в нескольких исследовательских центрах (см., например/^»®/) и не вызывает сомнений.

Изучение запаздывающего деления ядер - составная часть актуальной для ядерной физики проблемы исследования свойств ядер, удаленных от линии р -стабильности. Эта проблема включает в себя ряд направлений исследований, среди которых одно из главных мест занимают запаздывающие процессы. Процесс запаздывающего распада носит двухступенчатый характер. На первой, медленной ступени, материнское ядро испытывает р>-распад в возбужденное состояние, а затем происходит быстрое превращение дочернего ядра: оно испускает либо нуклон, либо oi-частицу, либо испытывает деление. Как известно, исследование эмиссии запаздывающих нейтронов, протонов, Ы. -частиц внесли существенный вклад в развитие ядерной физики и техники. Так, явление эмиссии запаздывающих нейтронов - основа регулирования цепной ядерной реакции; изучение запаздывающих нейтронных спектров позволяет получить данные о характеристиках нейтроноизбыточных ядер; эмиссия запаздывающих нейтронов оказывает значительное влияние на процесс синтеза тяжелых элементов в нейтронных потоках.

Изучение явления запаздывающей протонной радиоактивности служит средством определения масс ядер, удаленных от линии р -стабильности, дает возможность получать сведения о силовой функции р-распада, о плотности уровней и об усредненных ширинах возбужденных состояний.

Анализ данных о запаздывающем oL-распаде в некоторых случаях позволяет извлечь сведения, необходимые для интерпретации формы спектров тяжелых частиц, испускаемых атомными ядрами.

В свою очередь, исследования запаздывающего деления оказали существенное влияние на развитие физики деления атомного ядра и астрофизики. Так, в области нейтронодефицитных ядер, слева от линии р -стабильности по экспериментальным данным о запаздывающем делении определялись характеристики барьеров деления атомных ядер/9,Л Факт экспериментального наблюдения запаздывающего деления нейтронодефицитных ядер дал -гслчок теоретическим исследованиям области запаздывающего деления, расположенной справа от долины р -стабильности. Эти исследования показали, что запаздывающее деление нейтроноизбыточных ядер, принадлежащих этой области, существенно влияет на протекание процессов синтеза трансурановых элементов, как в импульсных нейтронных потоках термоядерных взрывов, так и в астрофизическом процессе быстрого нейтронного захвата ( Г - процесс

Для экспериментального изучения нейтронодефицитных делящихся ядер целесообразно использовать метод их синтеза в реакциях на тяжелых ионах. В таких ядерных реакциях сравнительно простыми средствами достигается область ядер со значительным нейтронным дефицитом. При этом предпочтение следует отдать испарительным реакциям типа ЛМ(ЧНЫ A+a-*Z (ЗдесьМ, Hi , Z- атомные номера мишени, тяжелого иона и продукта ядерной реакции, А , й - массовые числа ядер мишени и бомбардирующего иона, X - число испарившихся из составного ядра нейтронов), так как в случае высокой чувствительности методики регистрации, обеспечивающей измерение функции возбуждения реакции такого типа, можно идентифицировать массовое число и атомный номер продукта ядерной реакции в результате анализа этих функций. Примером служит ядерная реакция, в которой впервые было идентифицировано ядро запаздывающего излучателя:

209Bi (22l\Mn)228NP

До начала экспериментов на основе весьма грубых оценок предполагалось, что сечения образования делящихся нейтронодефи-цитных ядер в испарительных реакциях составят величину порядка 10 см . Поэтому была создана методика, основанная на использовании максимальной интенсивности внутренних пучков ускоренных тяжелых ионов циклотрона У-300 (до 10^ частиц/с) и применении низкофоновых детекторов осколков деления, позволявшая детектировать делящиеся ядра с такими сечениями образования. Кроме того, перенос детекторов в момент облучения мишени в удаленную от нее часть пробника позволил значительно снизить фон, а также

4 5 тт J? TV г» надежно его контролировать7 •• * * '. В конечном итоге, уровень фона от осколков деления по экспериментальным данным, совпадающим с расчетными оценками, не превосходил величины порядка I трек-час, что обеспечивало надежную регистрацию ядер с сечением образования ~ 10 ^ см .

При движении в область удаленных от линии р -стабильности нуклидов, когда выполняется соотношение Z>80* создается ситуация, при которой полная энергия р -распада Qp становится одного порядка или превосходит высоту барьера деления Bj дочернего ядра. В этом случае может протекать запаздывающее деление, так как в отличие от оС-распада, -распад идет не только в основное состояние и на низколежащие уровни, но и на уровни с энергией близкой к Q р> •

Возможность экспериментального наблюдения запаздывающего деления осуществляется, если вероятность протекания конкурирующих процессов, снимающих возбуждение дочернего ядра, а именно испускания $ -квантов, эмиссии запаздывающих нейтронов (в случае нейтроноизбыточных ядер) одного порядка или меньше вероятности деления. Эти условия выполняются, когда вероятность заселения уровней дочернего ядра 6(E) после р -распада материнского ядра достаточно велика в интервале энергий близких к высоте барьера деления дочернего ядра. Наряду с этим, необходимо, чтобы вероятность oL -распада материнского ядра не превышала в значительной мере его вероятность р -распада.

Условия экспериментального изучения запаздывающего деления облегчаются в случае синтеза нечетно-нечетных материнских ядер. Наблюдение этого явления становится возможным при меньшем нейтронном дефиците, чем у соседних ядер иной четности. Большая величина Q р по сравнению с соседними ядрами, обусловленная нечетно-четным эффектом, большая делимость четно-четного дочернего ядра, приводит к тому, что величины Qp и близки уже при незначительном удалении от долины р> -стабильности. Высокая энергия отделения нейтрона Вь У дочернего ядра снижает конкуренцию со стороны эмиссии запаздывающих нейтронов. Существенно также, что плотность низколежащих уровней дочернего четночетного ядра невелика. Последнее обстоятельство благоприятствует заселению уровней с высокой энергией.

Впервые запаздывающее деление наблюдалось при облучении интенсивным пучком ускоренных ионов бора наклонной мишени с нанесенным на нее слоем изотопа урана U Как выяснилось впоследствии, запаздывающим излучателем оказался изотоп Однако атомный номер Z и массовое число Д материнского ядра цепочки запаздывающего деления: ^Z—*• (Z~"t) —* —» (осколки деления) впервые были определены в реакции:

20flBi +2JNe —-228Np в результате измерения и анализа ее функции возбуждения^/.

Этот путь идентификации неизвестных делящихся продуктов ядерных реакций на тяжелых ионах, сочетающийся с изучением перекрестных ядерных реакций, оказался весьма эффективным при исследовании запаздывающего деления, так же как и при исследовании новых трансурановых элементов.

Интерпретация наблюдаемого явления базировалась, главным образом, на следующих экспериментальных фактах. Измеренные времена жизни делящихся ядер принадлежали области расчетных значений периодов полураспада (каналы об и (Ь -распада), иденти

1228к. ^ 231. а34д-фицированных изотопов нептуния и америция: |МР; ДгП, /Нн|.

Все изученные делящиеся ядра с минутными периодами полураспада оказались нечетно-нечетными. На основе этого и был сделан вывод, что деление ядер - источников осколочной активности с минутными периодами, происходит из возбужденного состояния дочерних ядер, образовавшихся после р -распада нечетно-нечетных материнских ядер/*5'22/.

Анализу наблюденного явления, в особенности на первом этапе его изучения, способствовали представления, сформировавшиеся под влиянием выполненного ранее цикла работ, посвященных изучению открытого в Лаборатории ядерных реакций нового вида радиоактивного распада - эмиссии запаздывающих протонов^/.

Область распространения нейтронодефицитных ядер, испытывающих запаздывающее деление, определялась расчетным путем еще в процессе первых экспериментов по исследованию этого явления. На основании этого и были проведены опыты по синтезу изотопов нептуния и америция в ядерных реакциях Ne, Th+-В/5,12/. Однако детальные расчеты, очертившие область нейтронодефицитных ядер, запаздывающее деление которых доступно для экспериментального наблюдения, имеющимися в настоящее время средствами, произведены лишь в последнее время^Л При этом области нейтронодефицитных ядер в диапазоне атомных номеров от 93 до 101 характеризовались величиной Р - вероятностью деления после распада материнского ядра, которая, главным образом, и определяет возможность экспериментального наблюдения запаздывающего деления. Несколько произвольный выбор диапазона Z обусловлен тем, что начиная с Z^-93, запаздывающее деление наблюдалось в реакциях на тяжелых ионах экспериментально, и, следовательно, существует возможность сравнения экспериментальных и расчетных данных в выбранном диапазоне Z . Верхняя граница Z обусловлена тем, что при Z>I0I значительную роль начинает играть спонтанное деление. Оценить периоды полураспада по этому каналу в рассматриваемой области с необходимой точностью весьма затруднительно, а это приводит к недостоверности всех расчетов в области Z>I0I.

Расчеты вероятности Р в выбранном интервале атомных номеров, показали существование двух характерных максимумов функции Р(Ы) , находящихся в интервалах ^ от 116 до 125 и от 132 до 144. Это объясняется следующим. Если двигаться в сторону нейтронного дефицита, то при пересечении нейтронной оболочки N = 126, энергия р -распада быстро падает, а затем сравнительно медленно возрастает так, чти вероятность р -распада материнского ядра будет еще не слишком мала, по сравнению с вероятностью оС-распада в области, где уже начнет выполняться условие Q^ В| .Б результате возникает область ядер с числами нейтронов от 116 до 125, для которых вероятность Р принимает относительно большие значения. Уменьшение вероятности Р с дальнейшим ростом нейтронного дефицита, когда число нейтронов становится меньше 116, связано с ростом скорости oL-распада материнских ядер и, следовательно, с уменьшением вероятности jb -распада.

В области ядер с числом нейтронов большим 126, величина Р мала, так как здесь незначительна вероятность -распада. С ростом числа нейтронов в ядре, вероятность р -распада становится сравнимой по величине с вероятностью Ы-распада материнского ядра, а энергия Qp еще удовлетворяет условию Qp* , что и приводит к большим значениям величины Р .

Изучение запаздывающего деления ультранейтронодефицитных ядер с М< 126 - одна из возможностей получения сведений о барьерах деления нуклидов, удаленных на 15-20 нуклонов от линии р-стабильности. Такие данные позволяют судить о применимости различных моделей, описывающих процесс деления в широком интервале Z и А атомных ядер. Применяемые теоретические исследования барьеров деления макро-микроскопическим методом отличаются способом параметризации ядерной поверхности, выбором конкретной модели для расчета "гладкой" части полной энергии ядра, типом одночастичного потенциала, используемого для расчета обо-лочечной поправки. Все варианты метода приводят к сходным результатам для ядер, лежащих вблизи долины -стабильности. Поэтому отдать предпочтение какой-либо модели, сравнивая с теорией экспериментальные данные о ядрах, близких к линии |Ъ -стабильности, затруднительно. Теоретические предсказания параметров барьеров деления начинают заметно отличаться для разных типов моделей с удалением от линии р -стабильности. Эти расхождения весьма существенны для ядер с М^ 126 и могут быть обнаружены в этой области экспериментально. В результате, появляется возможность оценки моделей в широком диапазоне изменения изоспина.

Значительный интерес представляет информация о массовом и энергетическом распределении осколков запаздывающего деления, о распределении числа вторичных нейтронов на один акт деления, об энергетическом спектре нейтронов ультранейтронодефицитных ядер. Их синтез со значительным выходом может быть осуществлен на пучках ускоренных тяжелых ионов новых ускорителей, создание которых запланировано на ближайшее будущее (см./-^/).

В данной работе рассмотрено влияние запаздывающих процессов на синтез элементов с атомным номером, большим 100 в импульсных нейтронных потоках термоядерного взрыва, на примере анализа возможности получения ядер элемента 102 при облучении мишени

2ЪЗ[) /9/.

У р -стабильных ядер элемента 102, которые могут образовываться после распада нейтроноизбыточных ядер урана, массовое число равно 261. Таким образом, для синтеза элемента 102 необходимо, чтобы исходный изотоп урана также имел А = 261. Расчеты, однако, показали, что это условие недостаточно, - синтез ядер с Z = 102 возможен, если массовое число изотопов урана достигает 264.

26411

Характерная особенность цепи превращений изотопа U относительно равномерное распределение ядер по четным и нечетным массам, происходящее в результате эмиссии запаздывающих нейтронов на первцх ступенях jb -превращений. При этом потери ядер в результате деления невелики, что объясняется конкуренцией с делением эмиссии нейтронов, особенно для ядер с большой величиной Qp . При достижимых в настоящее время флюенсах нейтронов максимальное массовое число А синтузируемых изотопов урана не превышает 259. Поэтому для синтеза изотопов с массовым числом 264 необходимы флюенсы нейтронов, превышающие современный уровень на несколько порядков, что следует из малости величин сечений захвата нейтронов ядрами урана с большим нейтронным избытком. Следовательно, в настоящее время синтез элементов с атомным номером большим ста неосуществим в нейтронных потоках термоядерного взрыва.

Сегодня мы не имеем прямых экспериментальных данных о запаздывающем делении нейтроноизбыточных изотопов тяжелых элементов, образующихся в нейтронных потоках термоядерного взрыва при облучении тяжелых мишеней. Однако достоверность расчетных оценок влияния этого явления на нуклеосинтез в нейтронных потоках находит подтверждение в успешном объяснении особенностей кривой выхода трансурановых элементов. Так, учет запаздывающего деления объясняет больший выход четно-нечетных ядер по сравнению с соседними четно-четными ядрами (так называемое обращение четно-четного эффекта), начиная с некоторого определенного значения массового числа А и возрастание этого числа А с ростом флю-енса нейтронов, которым облучена урановая мишень/17/.

В отличие от нуклеосинтеза в импульсных нейтронных потоках термоядерного взрыва, запаздывающее деление в космическом Г -процессе протекает и на этапе нейтронного облучения, так как длительность облучения значительно превосходит характерное время р -распада нейтроноизбыточных ядер, лежащих на пути Г -процесса. Ввиду этого запаздывающее деление существенно влияет на выход нейтроноизбыточных ядер тяжелых элементов на этапе захвата нейтронов. Поэтому вероятность этого вида распада входит как существенный фактор в уравнения, описывающие накопление тяжелых ядер в нейтронных потоках Г -процесса. Наиболее насыщенные нейтронами ядра после jb -распада испускают нейтроны. С уменьшением нейтронного избытка начинает проявляться запаздывающее деление, затем, когда выполняются условия Qp^ В^. и Вц, протекают процессы запаздывающего деления и эмиссии 5 -квантов. При малых энергиях -распада возбуждение снимается радиационными процессами. Таким образом синтез в нейтронном потоке |Ь -стабильного атомного ядра с массовым числом А идет по путям, сложным образом зависящим от плотности нейтронного потока, характера переходов в соседних ядрах.

После затухания нейтронного потока, на втором этапе ядерных превращений, конечное р -стабильное ядро с Z >100 может образоваться только из изотопов с избытком нейтронов, массовое число которых больше А .

Таким образом, запаздывающее деление проявляется во многих явлениях, включающих JS -распад тяжелых ядер, удаленных от долины jb -стабильности. Ныне запаздывающее деление служит инструментом экспериментального исследования области нейтронодефицитных ядер. Для ядер с нейтронным избытком главную роль играет теоретическое изучение влияния этого явления на процессы нуклеосинтеза элементов, охлаждения нейтронных звезд, геохронологические константы.

В заключение следует подчеркнуть, что высокий уровень экспериментальных работ Лаборатории ядерных реакций позволил значительно опередить другие научные центры в исследованиях запаздывающего деления. Так, выполненные в Дубне работы были повторены в лабораториях США и ФРГ лишь много лет спустя (см

На защиту выносятся следующие положения:

1. Создание высокочувствительной методики изучения делящихся нейтронодефицитных ядер в ядерных реакциях на ускоренных тя

-ztr р желых ионах с сечениями образования до 10 ^ см4- на основе достижения высоких интенсивностей ускоренных частиц на циклотроне У-300, использования низкофоновых методов регистрации осколков деления и радиационно стойких мишеней.

2. Открытие нового вида радиоактивного распада - запаздывающего деления атомных ядер в ядерных реакциях на ускоренных тяжелых ионах.

3. Определение в широком диапазоне 2 и А областей, содержащих нейтронодефицитные ядра, доступные для изучения их запаздывающего деления в ядерных реакциях на тяжелых ионах.

4. Анализ влияния запаздывающих процессов - делеьия и эмиссии нейтронов на выход тяжелых элементов в импульсных нейтронных потоках.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Кузнецов, Владислав Иванович

Основные результаты данной работы сводятся к следующему:

1. Разработана методика изучения делящихся ядер с сечениями

-35 ? образования по каналу деления до 10 см на основе достижения высоких интенсивностей пучков тяжелых ионов на циклотроне У-300, использования низкофоновых методов регистрации осколков деления и мишеней, способных принимать потоки ионов до 10^ частиц/с.

2 ЬЪ I 1 2.09 р. *

2. Впервые при облучении мишеней U ; D1 и наблюдались делящиеся продукты ядерных реакций в минутном диапазоне периодов полураспада.

3. По измеренным функциям возбуждения ядерных реакций и 4О,-И источники осколков деления идентифицированы как гг8Мр ( T-l/z= 60±5 о, 2(*>ВКггЬМф; "Mm ( Tva = 84 * 15 О,

TM10B,8h) ); "MAm ( Т*/г = 2,6 i 0,2 мш., гзоТЦ11В,7п) ). ускоренными ионами гг Ne, Л0Ъ, ^В

Измерены максимальные значения сечений образования ядер по каналу деления в реакциях:

209Вi (iaNe,3hf2SNp, 6"*» - (^-о.вмо 250ThrB;8np2Am, ^ = (2,3to,4).io

2ПЬГВ,6пГАт, е* = (5)7t0)5),0 т,

234

5,4-0,5)*10

Г* пгЯ см г53 см

-34 2 см

Г34 2 см

Из полученного экспериментально соотношения ^bZ^ ^23Ч сделан вывод о наблюдении нового вида деления атомного ядра.

5. Наблюдаемое явление интерпретировано как двухступенчатый процесс - запаздывающее деление - с образованием на первой ступени после к-захвата, дочернего ядра ^ 8 н9 второй с его делением из возбужденного состояния.

В основу интерпретации были положены следующие экспериментальные данные:

- все делящиеся в минутном диапазоне времени жизни ядра возникают в результате синтеза в реакциях на тяжелых ионах нечетно-нечетных ядер, для которых, по сравнению с соседними ядрами, характерно большее значение полной энергии р -распада, большая вероятность запаздывающего деления их дочерних ядер;

- периоды полураспада наблюденных осколочных активностей лежат в том же интервале, что и возможные периоды полураспада из основного состояния идентифицированных ядер нептуния и америция.

6. Показана роль запаздывающего деления и эмиссии запаздывающих нейтронов в процессе нуклеосинтеза в импульсных нейтронных потоках элементов с Z >100. Установлено, что при достижимых в настоящее время флюенсах нейтронов атомный номер трансурановых элементов, продуктов облучения в нейтронных потоках термоядерного взрыва тяжелых мишеней ограничен запаздывающими процессами величиной <10]/'^Л

7. Проанализирована возможность экспериментального наблюдения запаздывающего деления ультрэнейтронодефицитных ядер актиноидных элементов с числом N<126, и показано значение исследования этих ядер для развития современных представлений о делении тяжелых ядер/^'-^Л

8. Рассмотрена возможность синтеза в модулированных потоках нейтронов в космических процессах сверхтяжелых элементов при наличии на пути их синтеза области отрицательных значений

Из изложенного можно сделать следующие выводы:

Синтез и идентификация атомных ядер, испытывающих запаздывающее деление, стали возможны после получения интенсивных пучков многозарядных ускоренных ионов на циклотроне У-300, накопления опыта работы с такими пучками^'^Л

В результате были созданц условия наблюдения делящихся

-3s ? ядер с сечением образования по каналу деления до 10 см .

В первых же экспериментах по синтезу нейтронодефицитных изотопов актиноидных элементов выход делящихся ядер в минутном диапазоне периодов полураспада был значителен, что позволило четко, с большой статистической достоверностью, установить факт наблюдения нового вида радиоактивного распада - запаздывающего деления.

Изучение нейтронодефицитных делящихся изотопов послужило толчком для теоретического предсказания возможных областей Z и n1 , в которых можно изучать экспериментально ядра, испытывающие запаздывающее деление или в которых это явление может существенно влиять на процесс нуклеосинтеза тяжелых элемен

I0B/I5'5V

Уже сегодня есть возможность синтеза ультранейтронодефи-цитных ядер актиноидных элементов, исследование которых даст возможность получить ряд характеристик процесса деления ядер вблизи оболочки N = 126. С этой целью могут быть использованы пучки тяжелых ионов новейших ускорителей: циклотрона У-400 в Дубне и линейного ускорителя UN1LAC в Дармштадте. Так, например, наряду с известными изотопами америция с недостатком нейтронов пИ1 и 234 Am , отстоящих от О -стаоильного ядра ^^АкЛ на II и 9 нейтронов, на пучках многозэрядных ионов могут быть получены и исследованы изотопы в области М - 126, например

2Ч8Д

W и КЛ в ядерных реакциях:

6Re(4Wn)M8Arn, -,ssRc(40Ca,9in)2ie,Am, удаленные от линии J3 -стабильности более чем на 20 нейтронов.

Таким образом, впервые изученный в Лаборатории ядерных реакций новый тип радиоактивного распада - запаздывающее деление - оказался весьма информативным процессом, - позволил идентифицировать ряд атомных ядер, определить некоторые их характеристики, а также понять ряд явлений, протекающих при нуклеосинтезе тяжелых элементов в импульсных нейтронных потоках и космическом Г -процессе.

В перспективе запаздывающее деление открывает возможность исследования нейтроноизбыточных ядер, отстоящих на 10-15 нуклонов от линии р-стабильности, что связано с созданием "чистых" нейтронных источников высокой интенсивности (см., например/68/).

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить свою искреннюю благодарность академику Р.Н.Флерову, под руководством которого многие годы велись исследования тяжелых атомных ядер, синтезируемых в реакциях на тяжелых ионах, соавтору по открытию запаздывающего деления Н.К.Скобелеву, внесшему большой вклад в исследование нового явления.

Я приношу глубокую благодарность Ю.Ц.Оганесяну, Ю.П.Гангр-скому, В.А.Карнаухову, В.А.Друину, Ю.В.Лобанову, Ю.А.Лазареву, И.В.Колесову, Е.А.Черепанову, Б.А.Гвоздеву, Б.Н.Щитову и другим коллегам, способствовавшим выполнению настоящей работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные в данной работе экспериментальные и теоретические результаты^»5>9,12,13,15/ дали начало новому направлению исследований тяжелых ядер, удаленных от линии р> -стабильности, на основе открытого нового вида радиоактивного распада ядер - запаздывающего деления.

Одна из задач нового направления - синтез, идентификация и изучение ядерных характеристик нейтронодефицитных нуклидов с Z > 80 в возможно широком диапазоне массовых чисел, вплоть до ядер, удаленных на 10-20 и более нейтронов от линии ji -стабильности.

В работе впервые показана возможность экспериментального наблюдения запаздывающего деления в области ультранейтронодефи-цитных ядер актиноидных элементов, удовлетворяющих условию t\|^I26. Изучение таких ядер - замечательная возможность получения данных, необходимых как для проверки эффективности существующих моделей атомных ядер в широком интервале изменения А и Z , так и для дальнейшего их развития.

Выполненные исследования в области Z от 93 до 101, ядер - запаздывающих излучателей, позволили оценить их высоты барьеров деления Bj , а в некоторых случаях получить представления об их структуре (см., например/66/).

Факт наблюдения запаздывающего деления в ядерных реакциях на тяжелых ионах стимулировал разработку теории этого явления для нейтроноизбыточных ядер. Так, теоретически была определена область нейтроноизбыточных нуклидов, испытывающих запаздывающее деление, и указано, что эти нуклиды лежат на пути нуклеосинтеза элементов в космическом Г -процессе/^/.

Введение в рассмотрение запаздывающих процессов при теоретическом анализе ядерных превращений, протекающих в интенсивных нейтронных потоках, дало возможность объяснить такие явления, как отсутствие изотопов с Z > 100 в продуктах, образующихся при облучении урановых мишеней импульсным потоком нейтронов термоядерного взрыва^/, "обращение" четно-нечетного эффекта, проявляющееся при анализе выхода тяжелых элементов в мишенях, облученных интенсивным импульсным нейтронным потоком/^Л

Наряду с этим показана роль запаздывающего деления в образовании тяжелых элементов в космическом Xs -процессе, в особенности, элементов новой области стабильности в окрестности z = 112-114, ы = 184.

В основе описанной в данной работе методики синтеза нейтронодефицитных ядер лежит использование максимальных токов тяжелых ионов, достигнутых на циклотроне У-300, и мишенных сборок, позволивших реализовать эти токи в экспериментах.

Идентификация материнских ядер цепи запаздывающего деления была осуществлена в результате анализа функций возбуждения ядерных реакций, протекающих через составное ядро с испарением нескольких нейтронов. При этом функция возбуждения измерялась по осколкам деления ядер-продуктов реакций. Полученные в Дубне результаты полностью совпадают с результатами других лабораторий/7'®/ и общепризнанны.

В ходе выполнения экспериментов были синтезированы и идентифицированы нейтронодефицитные изотопы нептуния и америция, -исходные ядра цепочек запаздывающего деления. Следует отметить, что именно в этих экспериментах был накоплен основной статистический материал по запаздывающему делению, которым мы располагаем в настоящее время. Методика синтеза и идентификации этих изотопов нептуния и америция в значительной мере была основана на опыте работ по синтезу и идентификации новых трансурановых элементов, в особенности курчатовия.

Лишь спустя девять и двенадцать лет открытые в Дубне изотопы - запаздывающие излучатели - были изучены в США и ФРГ, в работах полностью подтвердивших ранее полученные результаты в Лаборатории ядерных реакций^'®/.

Приоритетный характер наших исследований подтвержден дипломом на открытие, выданным Госкомитетом СМ СССР по делам изобретений и открытий^/.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Кузнецов, Владислав Иванович, 1984 год

1. Флеров Г.Н., Петржак К.А. Спонтанное деление урана. -Докл. АН СССР, 1940, т. 28, № б, с. 500-501.

2. Друин В.А., Карнаухов В.А., Михеев В.Л. и др. Спонтанное деление с аномальнокоротким периодом. ЖЭТФ, 1962, т. 42, № 6, с. I464-I47I.

3. Флеров Г.Н., Оганесян Ю.Д., Лобанов Ю.В., Кузнецов В.И., Друин В.А., Перелыгин В.П., Гаврилов К.А., Третьякова С.П., Плотко В.М. Синтез и физическая идентификация изотопа 104-го элемента с массовым числом 260. Ат. энергия, 1964, т. 17, с. 310-312.

4. Кузнецов В.И., Скобелев Н.К., Флеров Г.Н. Спонтанно делящийся нейтронодефицитный изотоп нептуния с периодом полураспада 60 сек. Ядерная физика, 1966, т. 4, с. 279-281.

5. Кузнецов В.И., Скобелев Н.К., Флеров Г.Н. Исследованиеооп т о1,4-минутного делящегося продукта в реакции Th+-LUB.-Ядерная физика, 1967, т. 5, с. II36-II37.

6. Кузнецов В.И., Флеров Г.Н., Скобелев Н.К. Явление запаздывающего деления атомных ядер. Диплом на открытие СССР

7. Ш 160 с приоритетом от 12 июля 1971 года. Бюллетень Открытия, изобретения, товарные знаки, 1975, № 46, с. 3.

8. Sommerville L.P., Nurima M.I., Ghiorso A. and Seaborg G.T. Minute spontaneous fission activities in the reactions 22Ne+209Bi and 10B+233U.- Bulletin of the american Phys. Society, 1978, v. 23, No 1, p. 46.

9. Habs D., Klewe-Nebenius H,, Metag V., Neumann В.,

10. Specht H.J. Determination of the fission barrier of Pu from ^ -delayed fission and the problem of the First barrier.- Z. Phys. A, 1978, Bd. 285, s. 53-57,

11. Кузнецов В.И. Запаздывающее деление ядер, синтезируемых на пучках тяжелых ионов и в импульсных нейтронных потоках.- Ядерная физика, 1979, т. 30, с. 321-329.

12. Ю. Klapdor H.V., Wene С.О., Isosimow I.N., Naumov Yu.W.

13. Determination of fission berrier hights from delayed fission.- Z. Phys. A,1979, Bd. 292, s. 249-255.

14. Кузнецов В.И., Скобелев Н.К., Флеров Г.Н. Обнаружение спонтанно делящегося изомера с Tj^2=2i6 мин. в ядерных реакциях 2ззи+11в и 233и+10в . Ядерная физика, 1966, т. 4, с. 99-101.

15. Кузнецов В.И., Скобелев Н.К., Флеров Г.Н. Изучение спонтанно делящихся продуктов в ядерных реакциях 230Th+10B и 230Th+1:LB . Ядерная физика, 1972, т. 5, с. 271-273.

16. Флеров Г.Н., Карнаухов В.А., Тер-Акопьян Г.М. и др. 0 протонном распаде радиоактивных ядер. ЖЭТФ, 1964, т. 47,6, с. 419-431.

17. Кузнецов В.И. 0 вероятности запаздывающего деления нейтронодефицитных ядер. Дубна, 1982, 6 с. (Препринт/Объед. ин-т ядер, исслед. Р-7-82-29).

18. Оганесян Ю.Ц. Перспективы исследований с помощью тяжелых ионов и развитие ускорительных установок ОИЯЙ. Дубна, 1979, 38 с. (Препринт/Объед. ин-т ядер, исслед. P9-I2843).

19. Wene С.О,, Johansson S.A.E. The importance of delayed fission in the production of very heavy and superheavy elements.- Physica Scripta, 1974, v. 10A, p. 156-162.

20. Струтинский B.M. Влияние нуклонных оболочек на энергию ядра. Ядерная физика, 1966, т. 3, с. 614-625.

21. Sikkeland J.f Maly J., Zebeck D.F., Evaparation of 3 to 812neutrons m reactions between С and verious uranium nuclides.- Phys. Rev., 1968, v. 169, No 4, p. 1000-1006.

22. Друин В.А., Скобелев H.K., Фефилов Б.В., Флеров Г.Н.

23. О спонтанном делении изотопа 102-го элемента с массовым числом 256. Дубна, 1965, - 12 с. (Препринт/Объед. ин-т ядер, исслед. P-I580).

24. Лобанов Ю.В., Кузнецов В.И., Перелыгин В.П. и др. Спонтан-3но делящийся изомер с периодом полураспада 0,9*10 сек.-Ядерная физика, 1965, т. I, с. 67-71.

25. Скобелев Н.К. О запаздывающем делении некоторых нектроно-дефицитных ядер. Ядерная физика, 1972, т. 15, с. 444-447.

26. Tsang C.F., Nilsson S.G. Shape isomeric states in heavy nuclei.- Nucl. Phys. A, 1970, v. 140, p. 275-288.

27. Sikkeland Т., Ghiorso A., Nurmia M.J. Analysis of exitation functions in Cm(C, xn)No reactions. Phys. Rev., 1968,v. 172, p. 1232-1238.

28. Колесников H.H., Демин А.Г. Периоды полураспада Та и Тр изотопов трансурановых элементо.- Дубна, 1975, 12 с. (Сообщение/Объед. ин-т ядер, исслед. P-6-942I).

29. Junker К., Haderman J. Fission barriers for even-even actinide nuclei.- Z. Phys., 1977, A282, p. 391-405.

30. Фейнберг C.M., Доллежаль H.A., Воробьев Е.Д. и др. Физические и эксплуатационные характеристики реактора СМ-2.-Ат. энергия, 1964, т. 7, № 6, с. 452-463.

31. Кузнецов В.И., Лобанов Ю.В., Перелыгин В.П. Период полураспада изотопа 102-го элемента с массовым числом 256.-Ядерная физика, 1966, т. 4, с. 465-467.

32. Флеров Г.Н., Кузнецов В.И., Скобелев Н.К. О спонтанном делении изотопа 25ZfI02. Ат. энергия, 1967, т. 22, с. 494-495.

33. Батист Л.Х., Берлович Э.Е., Гаврилов В.В., Новиков Ю.Н.,рос

34. Орлов С.10., Тихонов В.И. Запаздывающее деление Ра,-Ленинград, 1977. 12 с. (Препринт/Ленинградский ин-т ядерн. физики, № 363).

35. Жучко В.Е., Остапенко Ю.Б., Смиренкин Г.Н. и др. Экспериментальные исследования явления"изомерный шельф" в сечениях фотоделения тяжелых ядер. Ядерная физика, 1973,т. 28, с. II85-II93.

36. Lane A.M., Thomas А.С., Wigner Е.Р. Giant resonance interpretation of the imcleon-nucleus interaction.-Phys. Rev., 1955, v. 98, p. 693-701.

37. Duke C.L., Hansen P.G., Nielsen O.B., Rundstam G. Strengthfunction phenomena in electron-capture beta decay.- Nucl. Phys. A, 1970, v. 151, p. 609-633.

38. Карнаухов В.А., Запаздывающие протоны и гросструктураjb -распада. Ядерная физика, 1969, т. 10, с. 450-459.

39. Aleklett К., Nyman G., Rudstam G. Beta-decay properties of strongly neutron rich nuclei.- Nucl. Phys. A, 1975, v. 246, p. 425-444.

40. Klapdor H.V. The structure of the Gamotr-Teller resonance and consequences for beta-delayed neutron spectra and element synthesis.- Phys. Lett. B, 1976, v. p. 35-38.

41. Klapdor H.V.| Wene C.O. The synthesis of heavy elements and the shape of the beta-strength function.- The Astro-physical Journal, 1979, v. 230, p. 113-115.

42. Изосимов Й.Н., Наумов 10.В. Влияние структуры силовой функции |Ь -переходов на вероятность запаздывающего деления. Изв. АН СССР, сер. физ., 1978, т. 42, с. 2248-2256.

43. Klapdor H.V., Wene С.О., Isosimov I.N., Naumov Yu.V. The structure of the beta-strength function in heavy nuclei and its influence on -delayed fission. Phys. Lett., 1978, v. 78B, No. 1, p. 20-23.

44. ZfQ. Klapdor H.V. Some aspects of the role of p -decay in nuclear and astrophysics.- Heidelberg, Germany, 1983,- 15 s. (Max-Planck Institute fflr Kernphysik MPI. H v. 28).

45. Ignatyuk A.v., Rabotnov N.S., Smirenkin G.N., Two-hamp fission barrier in quasiclassical approximation.- Phys. Lett. B, 1969, v. 29, p. 209-210.

46. Wong C.Y., Bang J. Penetration of a double barrier.- Phys. Lett. B, 1969, No 29, p. 143-146.

47. Back В.В., Hansen 0., Britt H.C., Garret J.D. Fission of doubly even actinide nuclei induced by direct react ion.-Phys. Rev. C, 1974, v. 9, No 9, p. 1924-1947.

48. Гангрский 10.П., Миллер М.Б., Михайлов Ji.В., Хэрисов И.Ф. Исследование запаздывающего деления изотопов берклия, эйнштейния, менделевия. Дубна, 1979, - б с. (Препринт/ Объед. ин-т ядер, исслед. P7-I2584).

49. Barashenkov V.S., Ilijinov A.S., Toneev V.D. Fission and decay of excited nuclei,- Nucl. Phys. A, 1973, v. 206, p. 131-144.

50. Бзрашенков B.C., Тонеев В.Д. Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами.- М.: Атомиздат, 1972, 648 е., ил.

51. Ц-9. Howard W.M., Moller P. Calculated fission barriers, ground-state masses, and particle separation energies for nuclei with 76<Z^100 and 140£N^184.- Nucl. Data Tables, 1980, v. 25, p. 219-230.

52. Wapstra A.H., Nijgh and R. van Lieshout. Nuclear Spectroscopy Tables.- Amsterdam, North-Holland Publ. Co., 1959,- 135 p.

53. Myers W.D. Droplet model of atomic nuclei.- New York, IFI/Plenum, 1977.- 150 p. with il.

54. Перлман H., Расмуссен Д. Альфа-радиоактивность. M.: Изд-во иностр. лит., 1959. - 246 е., ил.

55. Lasarev Yu.A., Oganessian Yu.Ts», Kusnetsov V.I. Fission probabilities and barriers of nuclei with Z £ 80 and N<126 far off beta-stability. Beta-delayed fission as a tool for their experimental determination.- Dubna, 1980.- 36 p.

56. Preprint/JINR E-7-80-719).

57. Берлович Э.Е., Новиков 10.Н. Запаздывающее деление ядер.-Докл. АН СССР, 1969, т. 185, № 5, с. 1025-1027.

58. Weпе С.О., Johansson S.A.E. Beta-delayed fission and the production of very heavy nuclides from rapid neutron capture processes.- 3rd Intern, conference on nuclei far from stability, Geneva, 1976, p. 584-589.

59. Hillebrandt W., Takahashi K. Dinamical r-process and nuclei far from the region of p -stability.- 3rd Intern, conference on nuclei far from stability, Geneva, 1976,p. 580-583.

60. Fiset E.O., Nix J.R. Calculation of halflives for superheavy nuclei,- Nucl. Phys. A, 1972, v. 193, p. 647-671.

61. Schramm D.N. Explosive r-process nucleosynthesis.- Astro-physical Jorn. v. 185, 1973, p. 295-301.

62. Diamond H., Fields P.R., Stevens C.S. e.a. Heavy isotope abundances in Mike thermonuclear device.- Phys. Rev., 1960, v. 119, p. 2000-2004.

63. Ingley J.S. Nuclear explosion experiments to determine nuclear properties of heavy isotopes.- Nucl. Phys. A, 1969,v. 124, p. 130-144.

64. Горбачев B.M., Замятнин Ю.С., Лбов А.А. Основные характеристики тяжелых элементов. М.: Атомиздат, 1975, с. 207.

65. Wene С.О. The effect of delayed fission in nucleo-cosmo-chronology.- Astron. and Astrophys., 1975, v. 44, p.233-236.

66. Bell G.I. Production of heavy nuclides by multiple neutron capture in nuclear explosions.- Intern, conference on the study of nuclear structure with neutrons. Antwerp. Belgium, 1965, p. 127-130,

67. Johanson S.A.E., Wene C.O. A semiempirical mass formula for deformed nuclei.- Arkiv. Fysik, 1967, v. 36,p. 353-360.

68. Гангрский Ю.П., Миллер М.Б., Утенков В.К. Тонкопленочные твердотельные конденсаторы для детектирования осколков деления. Дубна, 1978, 9 с. (Препринт/Объед. ин-т ядер, исслед. 13-12035).

69. Гангрский Ю.П., Миллер М.Б., Маринеску Г.М. и др. Запаздывающее деление нейтроноизбыточных изотопов протактиния. Ядерная физика, 1978, т. 27, с. 894-899.

70. Los Alamos Radiochim Group. Production of very heavy elements in thermonuclear explosions-test Barbel.- Phys. Rev. Lett., 1965, v. 14, p. 962-964.

71. Klapdor H.V., Wene C.O. The shape of the beta strength function and consequence for nuclear physics and astrophysics." Heidelberg, 1979,- 161 p. (Max-Planck Institut fOr Kernphysik MPH H, v. 13).

72. Белов А.Г., Гангрский Ю.П., Кучер A.M. и др. Запаздываю238щее деление Ра. Дубна, 1976, - 10 с. (Препринт/Объед. ин-т ядерн. исслед. P-I5-9795).

73. Brack М., Damgard J., Jensen A.S., Pauli H.C., Strutin-sky V.M., Wong G.Y. The shell-correction approach to nuclear shell effects and its applications to the fission process.- Rev. of Modern Phys., v. 44, No 2, 1972, p. 320-405.

74. Myers W.D., Swiatecki W.J. Nuclear masses and deformation.-Nucl. Phys., 1966, v. 81, p. 1-60.

75. Strutinsky V.M., Shell effects in nuclear masses and deformation energies.- Nucl. Phys., 1967, v. A95, p. 420-422.

76. Strutinsky V.M. Shells in deformed nuclei.- Nucl. Phys., 1968, v. A122, p. 1-33.

77. Myers W.D., Swiatecki W.J. Anomalies in nuclear masses.-Ark. Fysik, 1967, p. 343-352.

78. Кузнецов В.И. Запаздывающее деление атомных ядер. ЭЧАЯ, 1981, т. 12, № б, с. I3I2-I325.

79. Kratz K.L., Rudolph W., Ohm H. Decay of individual levels in delayed neutron emitters.- Phys. Lett. B,. 1976, v. 65,

80. Kratz K.L., Rudolph W. Ohm H. e.a. Investivation of beta strength functions by neutron and gamma-ray spectroscopy.-Nucl. Phys. A., 1979, v. 317, p. 335-362.

81. Кузнецов В.И., Русакович Н.Л., Распределение температуры в мишенях, облучаемых тяжелыми ионами. Дубна, 1982, 7 с. (Сообщение/Объед. ин-т ядерн. исслед. P-9-82-I24).

82. Nickel F. Probleme fester Target in UNILAC-Strahl.- GSI -Bericht, Darmstadt, 1973, 73-7, s. 1-19,

83. Кленин Б.А., Козлов С.И., Фикс k.M. Расчеты системы вывода пучков тяжелых ионов из изохронного циклотрона j-400 методом перезарядки. Дубна, 1977, 14 с. (Сообщение/Объед. ин-т ядерн. исслед. 9-10652).