Сепаратор АКУЛИНА - установка для получения пучков легких экзотических ядер, изучение структуры ядра 6He тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Родин, Александр Михайлович

  • Родин, Александр Михайлович
  • кандидат физико-математических науккандидат физико-математических наук
  • 2004, Дубна
  • Специальность ВАК РФ01.04.16
  • Количество страниц 101
Родин, Александр Михайлович. Сепаратор АКУЛИНА - установка для получения пучков легких экзотических ядер, изучение структуры ядра 6He: дис. кандидат физико-математических наук: 01.04.16 - Физика атомного ядра и элементарных частиц. Дубна. 2004. 101 с.

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Родин, Александр Михайлович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Получение пучков радиоактивных ядер.

1.1. Основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер.

1.1.1. Феномен ядерного гало.

1.1.2. Экспериментальные характеристики ядерного гало.

1.1.3. Использование радиоактивных пучков для изучения структуры ядер.

1.2. Получение пучков радиоактивных ядер.

1.2.1. Принцип сепарации "на лету" продуктов фрагментации ядер первичного пучка.

1.2.2. Принцип ISOL метода получения пучков радиоактивных ядер.

1.2.3. Сравнение двух методов получения пучков экзотических ядер.

ГЛАВА И. Масс-сепаратор АКУЛИНА.

2.1. Мотивация.

2.2. Ионно-оптическая система.

2.2.1. Концепция, расчет, основные характеристики.

2.2.2. Магнитные элементы, измерения и установка.

2.3. Инженерно-технические устройства и узлы.

2.3.1. Вакуумная система, физическая криогенная мишень.

2.3.2. Производящая мишень, профилированный поглотитель.

2.3.3. Система диагностики первичного и вторичного пучков.

2.4. Экспериментальное измерение характеристик, сравнение с расчетом.

2.4.1. Измерение трансмиссии, профилей и разрешения на первичных пучках.

2.4.2. Эмиттанс, угловой разброс, дисперсия, измерение степени очистки вторичного пучка.

ГЛАВА III. Пучки радиоактивных ядер, получаемые с помощью установки АКУЛИНА.

3.1. Статистическая модель процессов фрагментации.

3.2. Получение пучков экзотических ядер на сепараторе АКУЛИНА.

3.2.1. Характеристики пучков первичных ядер, ускоряемых на У-400М.

3.2.2. Оптимизация условий получения и параметры некоторых пучков вторичных ядер.

3.3. Выходы продуктов ядерных реакций из толстой мишени при ее бомбардировке ионами 7Li, ПВ и N.

3.3.1. Описание эксперимента.

3.3.2. Выходы ядер-продуктов в реакции 7Li(35,4 МэВ/А)+9Ве.

3.3.3. Выходы ядер-продуктов в реакции ПВ(32,6 МэВ/А)+9Ве.

3.3.4. Выходы ядер-продуктов в реакции 15N(47,5 МэВ/А)+9Ве.

ГЛАВА IV. Экспериментальное изучение структуры ядра

4.1. Современные представления о структуре ядра 6Не.

4.2. Упругое рассеяние 6Не на 4Не в широком угловом диапазоне.

4.2.1. Мотивация.

4.2.2. Описание эксперимента.

4.2.3. Результаты и анализ полученных данных.

4.3. Изучение структуры

6Не при его взаимодеиствии с протоном.

4.3.1. Мотивация.

4.3.2. Описание экспериментальной аппаратуры.

4.3.3. Результаты и обсуждение. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц», 01.04.16 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сепаратор АКУЛИНА - установка для получения пучков легких экзотических ядер, изучение структуры ядра 6He»

Изучение легчайших ядер, находящихся на границе нейтронной и протонной стабильности, является одним из актуальных направлений исследований в современной ядерной физике. Специальный интерес вызывают исследования структуры ядер с нейтронным или протонным гало, представляющим собой разреженное ядерное вещество. В настоящее время уровень знаний таков, что не исключается существование аномально нейтронно-избыточных ядер, таких как, например 7Н. Теория, исходящая из современных знаний о свойствах ядерных сил, может хорошо описывать легкие ядра. Поэтому важно получение новых экспериментальных данных о свойствах ядер на линии нуклонной стабильности и резонансных состояний ядерных систем за границей нуклонной стабильности.

В течение последних 10 — 15 лет наиболее интенсивно ведутся исследования, основанные на использовании пучков радиоактивных ядер. В целом ряде лабораторий существует не менее десятка установок, на которых получают вторичные пучки как прямой сепарацией продуктов реакций, так и с последующим ускорением, обеспечивая малый эмиттанс и высокое энергетическое разрешение.

Большое значение для изучения структуры самих ускоренных вторичных ядер и для исследований с применением их в качестве вторичных пучков имеют методы, использующие реакции малонуклонных передач. Такие методы развивались на протяжении нескольких десятков лет для изучения ядер вблизи линии /^-стабильности.

В Лаборатории ядерных реакций действует циклотронный комплекс У-400 и У-400М, предоставляющий исключительные возможности для получения радиоактивных пучков легчайших ядер и проведения экспериментов с ними. Высокая интенсивность пучков тяжелых ионов, ускоряемых до энергий 32 - 50 МэВ/А, позволяет получать вторичные пучки радиоактивных ядер с энергиями в диапазоне 10-40 МэВ/А. Этот диапазон выгоден для изучения реакций передачи с точки зрения интерпретации механизмов взаимодействия, а также в связи с возможностью получения энергетического разрешения -0,5%, которое сравнимо с разрешением, получаемым на первичных циклотронных пучках.

Целью данной диссертации является создание установки АКУЛИНА — сепаратора вторичных пучков экзотических ядер высокой интенсивности и сравнительно хорошего качества. Сепаратор использовался в ряде экспериментов, в которых были изучены его рабочие характеристики. Эксперименты, посвященные изучению структуры ядра также являются предметом данной диссертации. В диссертации получены данные о выходах, угловых и энергетических распределениях продуктов реакции первичных циклотронных пучков

7Li, "В и l5N на толстых бериллиевых мишенях.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе кратко описаны основные направления исследований с применением пучков радиоактивных ядер и рассмотрены методы их получения. Во второй главе дано обоснование создания установки, приведены результаты расчета, описана техническая реализация и измерение характеристик сепаратора пучков радиоактивных ядер АКУЛИНА. Третья глава посвящена результатам получения пучков радиоактивных ядер и измерению выходов продуктов реакций при бомбардировках толстых мишеней ионами

Похожие диссертационные работы по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц», 01.04.16 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Родин, Александр Михайлович

Основные результаты работы:

1. Создан сепаратор АКУЛИНА, установленный на линии выведенных пучков циклотрона У-400М, предназначенный для получения пучков легких экзотических ядер в диапазоне энергий 10-40 МэВ/А. Сепаратор включает в себя:

• ахроматическую ионно-оптическую систему,

• восьмиметровый прямопролинейный участком с фокусирующими элементами, который доставляет пучки экзотических ядер в помещение с низким радиационным фоном,

• узел производящей мишени, рассчитанный на мощность первичного пучка до 0,5 кВт,

• узел профилированного поглотителя,

• реакционную камеру с комплексом криогенной газовой мишени и системой регистрации продуктов ядерных реакций.

2. Экспериментально измерены следующие основные характеристики сепаратора:

• телесный угол захвата - 0,9 мер,

• импульсный аксептанс — 6,2%,

• дисперсия по импульсу - 5,8 мм/%,

• разрешение по импульсу - 3 * 10-3,

• размер пучка в плоскости ахроматического изображения - ± 4 мм по вертикали и горизонтали,

• размер пучка на физической мишени — ±8 мм по вертикали и горизонтали соответственно,

• угловая расходимость пучка на физической мишени - ± 6 мрад

2. Получены вторичные пучки легких нейтронно-избыточных экзотических ядер 6 8Не, 8,9,11 Li, 11,12,14Be с энергиями в диапазоне от 10 до 40

А 1 J?

МэВ/А. Максимальная интенсивность пучка Не составляет 1-Ю6 с а °Не

3-Ю4 с"1. Содержание примесей других ионов при этом не превышает 15%. Угловой разброс траекторий ионов не превышает ± 0,4°.

3. Получены данные о выходах угловых и энергетических распределениях ядер 68Не,8,9J'Li, 1U2MBe, образующихся при бомбардировке толстых бериллиевых мишеней пучками 7Li, ПВ, 13N. Эти результаты были использованы при проектировании узла производящей мишени и горячего поглотителя ускорительного комплекса DRIBS.

4. Выполнены эксперименты по изучению упругого рассеяния бомбардирующих ядер бНе с энергией 151 МэВ на мишени 4Не в диапазоне углов 20°-47° и 120°-160° в системе центра масс. Результаты позволили сделать вывод о наличии "ди-нейтронной" структуры гало в ядре 6Не.

5. Выполнены эксперименты по изучению упругого рассеяния бНе на протоне и реакций передачи одного и двух нейтронов при энергии пучка 6Не 25 МэВ/А в диапазоне углов от 20° до 160° в системе центра масс. Результаты подтверждают вывод о наличии "ди-нейтронной" структуры гало в ядре 6Не, исключая предсказание трансляционно-инвариантной оболочечной модели о 3Н-3Н кластеризации ядра 6Не как основной. Это является следствием особой структуры гало-ядра 6Не, отличающей его от зеркального ядра 6Li.

Считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность научному руководителю Лаборатории ядерных реакций академику Оганесяну Ю.Ц. за постановку задачи и постоянный стимулирующий интерес к работе, директору ЛЯР профессору Иткису М.Г. за поддержку и внимание, Тер-Акопьяну Г.М., под непосредственным руководством которого была выполнена данная работа, Степанцову С.В., Фомичеву А.С., Сидорчуку С.И., Головкову М.С., Горшкову В.А., Челнокову М.Л. -участникам многих совместных работ, а также коллективу ускорительного отдела и других технических служб ЛЯР ОИЯИ за обеспечение работы ускорителя У-400М и установки АКУЛИНА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Родин, Александр Михайлович, 2004 год

1. Ann87. Anne R., Bazin D., Mueller А. С., Jacmart J. C. and Langevin M. The achromatic spectrometer LISE at GANIL // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 257 (1987) 215-232.

2. Aud03. Audi G., Wapstra A.H. and Thibault C. The Ame2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references. // Nuclear Physics A729(2003) 337676.

3. Bac72. Bachelier D., Bernas M., Boyard J. L., Harney H. L., Jourdain J. C., Radvanyi P., Roy-Stephan M. and Devries R. Exchange effect in the 166 MeV a-particle elastic scattering on 6Li. // Nuclear Physics A 195 (1972) 361-368.

4. Вос94. Бочкарев О.В., Коршенинников А.А., Кузьмин Е.А., Муха И.Г., Чулков Л.В., Яньков Г.Б. Спектр нейтронов из трехчастичного распада ядра 6Не(2+) и его структура. // Ядерная Физика, т. 57, № 8, (1994) с. 1351-1361.

5. Boy73. Бояркина A.H. Структура ядер 1 /7-оболочки. Издательство Московского университета, 1973 с 7-8.

6. Borg93. Borge M.J.G., Johannsen L., Jonson В., Nilsson Т., Nyman G., Riisager K., Tengblad O., Wilhelmsen Rolander K., and ISOLDE Collaboration.1. Л Q

7. Study of charge particles emitted in the (3-dacay of ' He. // Nuclear Physics A 560 (1993)664-676.

8. Bro80. Brown K.L., Carey D.C., Iselin F.C., Rothacker F. TRANSPORT, A computer program for designing charged particle beam transport systems: Preprint CERN-80-04. Geneva, 1980.

9. Gae03. Gaelens M., Cogneau M., Loiselet M. and Ryckewaert G. Post-acceleration of 7Be at the Louvain-la-Neuve radioactive ion beam facility. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 204 (2003) 48-52.

10. G., Brohm Т., Clerc H.-G., Fauerbach M., Gaimard J.-J., Grewe A., Hanelt E., Knoedler В., Steiner M., Voss В., Weckenmann J., Ziegler C., Magel A., Wollnik

11. H., Dufour J.P., Fujita Y., Vieira D.J., Sherrill B. The GSI projectile fragment separator (FRS): a versatile magnetic system for relativistic heavy ions. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B70 (1992) 286-297.

12. Gol74. Goldhaber A.S. Statistical models of fragmentation processes. // Physics Letters В 53 (1974) 306-308.

13. GulOO. Gulbekian G.G. and Oganessian Yu.Ts. "DRIBS": The Dubna project for radioactive ion beams. // Proceedings of the International Conference on Nuclear Physics SHELLS-50, Dubna, Russia, 21-24 April 1999, World Scientific Singapure (2000) pp 61-75.

14. Hig82. Higuchi S.I., Shibata K., Shirato S. and Yamada H. Differential cross sections for the reactions 6Li(n, d)5He and 6Li(n, t)4He at 14.1. // Nuclear Physics A 384 (1982) 51-64.

15. Hor92. Horn D., Ball G. C., Galindo-Uribarri A., Hagberg E., Walker R. В., Laforest R. and Pouliot J. The mass dependence of CsI(Tl) scintillation response to heavy ions. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A320 (1992) 273-276

16. Kob88. Kobayashi Т., Yamakawa O., Omata K., Sugimoto K., Shimoda Т., Takahashi N., and Tanihata I. Projectile Fragmentation of the Extremely Neutron-Rich Nucleus nLi at 0.79 GeV/nucleon // Physical Review Letters 60(1988) 25992602.

17. Kor96. Коршенинников A.A. Ядерная экзотика вблизи и за границей стабильности. // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Москва — 1996.

18. Kub92. Kubo Т., Ishihara M., Inabe N., Kumagai H., Tanihata I., Yoshida K., Nakamura Т., Okuno H., Shimoura S., Asahi K. The RIKEN radioactive beam facility. //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B70 (1992) 309319.

19. Chomaz P., Stolla Th. and Winfield J. S. Spectroscopy of light proton-rich nuclei: 9C and ,5F // Nuclear Physics A734 (2004) 331-336.

20. Mas95. Машкаров Ю.Г., Кощий Е.И., Чувильский Ю.М. Ядерные реакции подхвата кластеров составными заряженными частицами в области энергии 20 МэВ/нуклон. // Известия Российской академии наук, серия физика, т. 59, №1 (1995) с. 176-185.

21. Nem88. Неметц О.Ф., Неудачин В.Г., Рудчик A.T., Смирнов Ю.Ф., Чувильский Ю.М. Нуклонные ассоциации в атомных ядрах и ядерные реакции многонуклонных передач. Киев, "Наукова думка" 1988 г., Приложение III, с 460.

22. Rii93. Riisager К. Reaction experiments with neutron rich nucleai. In Proceedings of The Third International Conference on radioactive Nuclear Beams, Michigan State University, 24-27 May 1993, edited by D.J.Morrisey, p.281-289.

23. Rud85. Рудник A.T., Чувильский Ю.М. Спектроскопические амплитуды многонуклонных кластеров в ядрах 1 р-оболочки и анализ реакций многонуклонных передач. // Украинский физический журнал, т. 30, №6 (1985) с. 819-825.

24. Sat68. Satchler G. R., Owen L. W., Elwyn A. J., Morgan G. L. and Walter R. L. An optical model for the scattering of nucleons from 4He at energies below 20 MeV. // Nuclear Physics A 112 (1968) 1-31.

25. Sat83. Satchler G.R. Direct Nuclear Reactions, Clarendon Press, Oxford, New York (1983) 402.

26. Sch74. Schenk K., Morike M., Staudt G., Turek P. and Clement D. On the direct reaction mechanism of the 6Li(p,r)4He reaction. // Physics Letters В 52 (1974)36-38.

27. She91. Sherrill В. M., Morrissey D. J., Nolen J. A., Winger Jr. and J. A. The A1200 projectile fragment separator. //Nuclear Instruments and Methods In Physics Research В 56/57 (1991) 1106-1110.

28. Smi77. Smirnov Yu.F., Tchuvil'ski Yu.M. Cluster spectroscopic factors for the p-shell nuclei. // Physical Review С 15 (1977) 84-93.

29. Str03. Stracener D. W. Status of radioactive ion beams at the HRIBF. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research В 204 (2003) 42-47.

30. Sum90. Summerer K., Buchle W., Morrissey D.J., Schadel M, Szweryn B. and Weifan Y. Target fragmentation of Au and Th by 2.6 GeV protons // Physical Review С 42 (1990) 2546-2561.

31. Tan91. Tanihata I., Structure of neutron-rich nuclei studied by radioactive beams: neutron halo and soft El excitation. // Nuclear Physics A 522 (1991) 275c-292c.

32. Tan92.Tanihata I., Kobayashi Т., Suzuki Т., Yoshoda K., Shimoura S., Matsuta K., Minamisono Т., Chriestie W., Olson D., and Wieman H.

33. Determination of the density distribution and the correlation of halo neutrons in nLi // Physics Letters В 287(1992) 307-311.

34. Tan95. Tanihata I. Nuclear structure studies from reaction induced by radioactive nuclear beams //Progress in Particle and Nuclear Physics 35 (1995) 505-573.

35. Tan96. Tanihata I. Neutron halo nuclei. // Journal of Physics G: Nuclear and Partical Physics. 22 (1996) 157-198.

36. Tho88. Thompson I.J. Coupled reaction channels calculations in nuclear physics. // Computer Physics Report 7 (1988) 167-212.

37. Var91. Varner R. L., Thompson W. J., McAbee T. L., Ludwig E. J. and Clegg Т. B. A global nucleon optical model. // Physics Report (1991) 57-119.

38. VilOl. Villari А. С. C. and SPIRAL group. The accelerated ISOL technique and the SPIRAL project. // Nuclear Physics A 693 (2001) 465-476.

39. Vin70. Vincent J.S., Boschitz E.T. Interaction of 42 MeV u-particles with 3He. // Nuclear Physics A 143 (1970) 121-129.

40. Wer73. Werby M. F., Greenfield M. В., Kemper K. W., McShan D. L. and Edwards S. Study of alpha +d and 3He+t Clustering in 6Li with a Two-Mode, Finite-Range Analysis of the 6Li(p ,3He)4He Reaction. // Physical Review С 8 (1973) 106-113.

41. Win92. Winger J. A., Sherrill В. M. and Morrissey D. J. INTENSITY: a computer program for the estimation of secondary beam intensities from a projectile fragment separator. //Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B70 (1992) 380-392

42. Wol99. Wolski R., Fomichev A.S., Rodin A.M., Sidorchuk S.I., Stepantsov S.V., Ter-Akopian G.M., Chelnokov M.L., Gorshkov V.A., Lavrentev A.Yu.,

43. Oganessian Yu.Ts., Roussel-Chomaz P., Mittig W., David I. Cluster structure of 6He studied by means of 6He+p reaction at 25 MeV/n energy. // Physics Letters В 467 (1999) pp.8-14.

44. Won82. Wong C.-Y. and Van Bibber K. Coulomb final state interaction and the charge effect in heavy ion projectile fragmentation at intermediate energies. // Physical Review С 25 (1982) 2990-2995.

45. Yam89. Yamagata Т., Yuasa K., Inabe N., Nakamura M., Tanaka M., Nakayama S., Katori K., Inoue M., Kubono S., Itahashi Т., Ogata H., and Sakuragi Y. Elastic scattering of the unstable nucleus 7Be on 12C at 140 MeV. // Physical Review C39 (1989)873-876.

46. Zhu93. Zhukov M. V., Danilin В. V., Fedorov D. V., Bang J. M., Thompson I. J. and Vaagen J. S. Bound state properties of Borromean halo nuclei: 6He and nLi //Physics Reports 231 (1993) 151-199.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.