Структура ядер 1f-2p оболочки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Комаров, Сергей Юрьевич

  • Комаров, Сергей Юрьевич
  • кандидат физико-математических науккандидат физико-математических наук
  • 2009, Москва
  • Специальность ВАК РФ01.04.16
  • Количество страниц 132
Комаров, Сергей Юрьевич. Структура ядер 1f-2p оболочки: дис. кандидат физико-математических наук: 01.04.16 - Физика атомного ядра и элементарных частиц. Москва. 2009. 132 с.

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Комаров, Сергей Юрьевич

Введение

Глава 1. Метод оценки данных реакций однонуклонной передачи.

1.1. Реакции срыва и подхвата нуклонов как средство изучения ядерных состояний.

1.2. Основные источники систематических ошибок в данных реакций однонуклонной передачи.

1.2.1. Ошибки в нормировке спектроскопических сил.

1.2.2. Ошибки в определении полного момента у переданного нуклона.

1.3. Метод совместного анализа данных экспериментов по срыву и подхвату.

1.3.1. Модсльно-независимая нормировка спектроскопических сил ядерных уровней, полученных в реакциях срыва и подхвата нуклонов.

1.3.2. Общая структура компьютерной реализации метода совместного анализа данных.

1.3.3. Применение метода и задачи его дальнейшего развития.

1.4. Использование баз данных для получения наиболее полной экспериментальной и оцененной информации.

Глава 2. Развитие программной реализации метода совместного анализа данных реакций срыва и подхвата.

2.1. Ключевые особенности модернизации компьютерного обеспечения метода совместного анализа данных.

2.2. Работа нового программного комплекса.

2.2.1. Подготовка файлов для программы автоматического перебора всех возможных значений у - CalcNuclShelIs.exe.

2.2.2. Нормировка спектроскопических сил программой CalcNuclShelIs.exe.

2.2.3. Обобщение результатов и графическое отображение полученных решений.

2.3. Проверка на физический смысл полученных решений.

Глава 3. Новые данные об оболочечной структуре ядер начала и середины \i-2p оболочки.

3.1. Оболочечная структура ядер с г=28 60М,62М,64N1).

3.1.1. Нейтронная структура изотопов №.

3.1.1.1. Параметры нейтронных подоболочек 62№.

3.1.1.2. Анализ данных реакций срыва и подхвата нейтронов на ядрах 58№, 60№, 64№.

3.1.1.3. Нейтронные подоболочки ядер 58'б0'б2' 64№.

3.1.2. Протонная структура изотопов №.

3.1.2.1. Анализ данных реакций срыва и подхвата протонов на ядрах 58№, 60№, 621Ч1, 64№.

3.1.2.2. Протонные подоболочки ядер 58'60,62' 64№.

3.2. Нейтронная структура ядер с N = 28 (50Л, 52Сг, 54¥е).

3.2.1. Параметры нейтронных подоболочек 50гП.

3.2.2. Параметры нейтронных подоболочек Сг.

3.2.3. Параметры нейтронных подоболочек 54Ре.

3.2.4. Нейтронные подоболочки в ядрах с N = 28. 84 3.3 Определение значений энергий протонных подоболочек

48м,50т52м, 541\ч на основе данных по зеркальным ядрам.

3.4. Оболочечная структура ядер с Z=30 f4Zn, 662п, 68Zn, 70Zn).

3.4.1. Параметры нуклонных подоболочек м7м.

3.4.2. Параметры нуклонных подоболочек 6<^п.

3.4.3. Параметры нуклонных подоболочек 68Хп.

3.4.4. Параметры нуклонных подоболочек

3.4.5. Протонные подоболочки в ядрах Zn.

3.4.6. Нейтронные подоболочки в ядрах Zn.

Глава 4. Анализ соответствия полученных данных по оболочечной структуре результатам других работ.

4.1. Сравнение полученных данных по протонным подоболочкам

5НМ, 60М, 62М, 64М с результатами работы [75].

4.2. Сравнение полученных данных по протонным подоболочкам 642п, 66Еп с результатами работы [75].

4.3. Сравнение полученных данных с результатами теоретических вычислений.

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура ядер 1f-2p оболочки»

Модель оболочек [1-2] является основой современного понимания структуры атомного ядра. В рамках этой модели важное значение имеет волновая функция основного состояния ядра, которая может быть представлена в терминах чисел нуклонов, заселяющих отдельные подоболочки. Такие волновые функции вместе с энергетическими положениями состояний одночастичного гамильтониана ядра несут прямую информацию об оболочечной структуре ядра. Полученная экспериментально информация такого типа позволяет провести эффективную проверку предсказаний различных теоретических моделей.

Надежные данные по одночастичной структуре основных состояний ядер в настоящее время могут быть получены, прежде всего, в реакциях однонуклонной передачи, т.е. в реакциях срыва и подхвата нуклонов. Однако при извлечении данных из результатов экспериментов этого типа, как правило, возникают разного рода систематические ошибки, снижающие ценность и информативность данных.

Анализ источников систематических ошибок в данных срыва и подхвата проведен в [3-5]. В этих же работах предложен математический метод совместного анализа данных реакций срыва и подхвата, а также соответствующий комплекс программ для его реализации. В [3-5] с использованием названных средств были получены параметры протонных и нейтронных подоболочек ядер начала П-2р оболочки - 14, Сг, Бе. В последующих работах подобные результаты получены для других изотопов - Са, №, Бг, Ъх, Бп. По мере продвижения в область середины Н-2р оболочки (нейтронные подоболочки ядер Сг, Ре, N1) стал ясен сложный характер оболочечной структуры исследуемых ядер. В них заполняемая подоболочка расположена очень близко к соседним подоболочкам и происходит интенсивное смешивание конфигураций. Задача разделения конфигураций приводит к необходимости решать более сложные задачи по анализу величин полного переданного момента у. Кроме того, более сложная исследуемая структура потребовала увеличения эффективности работы программного комплекса. Для проведения дальнейших исследований с учетом новых требований насущной задачей стала модернизация имеющегося комплекса программ. Актуальность работы определяется необходимостью изучения структуры атомных ядер на основе наиболее точных и достоверных данных о параметрах структуры.

Целью настоящей работы являлось получение количественных характеристик структуры ядер (заселенностей и энергетических положений подоболочек) середины 1£-2р оболочки и нахождение закономерностей заполнения нуклонных подоболочек в указанных ядрах.

В диссертации решались следующие основные задачи:

1. создание нового программного комплекса для реализации метода совместного анализа данных срыва и подхвата на основе модернизации предыдущих программ расчета;

2. определение заселенностей и энергетических положений протонных и нейтронных подоболочек изотопов №, Zn, нейтронных подоболочек 50И, 52Сг, 54Ре; нахождение также других параметров, характеризующих структуру ядер — энергий Ферми, параметров щели, фрагментационных ширин распределения спектроскопических сил;

3. установление закономерностей заполнения нуклонных подоболочек в указанных ядрах, их связи с наблюдаемыми свойствами ядер, сравнение полученных данных с имеющимися результатами.

На основе проведенного исследования, которое включало в себя анализ данных по энергиям, спектроскопическим силам, переданным угловым моментам, полученных в экспериментах по изучению разных реакций однонуклонной передачи, и данных по спинам-четностям состояний в общей сложности для 38 ядер с массовыми числами 49 < А < 71, получены следующие результаты. Найдены заселенности и энергетические положения подоболочек протонных подоболочек ядер

58,60, 62,64^ 64, 66,682п и нейтронных подоболочек ядер 50Т1, 52Сг, 54Ре, 58- 60' 62> 64№, 64'б6' б8' 70гП, причем для ядер 66' б8- 7(% параметры нейтронных, а для 6&Zn параметры протонных подоболочек получены впервые. Установлен характер и динамика заполнения подоболочек в названных ядрах, исследованы зависимости одночастичных энергий от числа нуклонов, причем для изотопов Ъп - впервые. Обнаружено и количественно описано явление вырождения нейтронных подоболочек 2рш, \fbii, 1рт в ядрах 58, 60, б2' 64№. Показана связь особенностей одночастичной структуры ядер N1, Ъп и имеющихся данных об энергиях первых возбужденных состояний 2+ и параметрах деформации, которая объясняет аномалию в систематиках этих данных.

Выполненные исследования расширяют и уточняют современные представления об одночастичной структуре ядер и делают возможной эффективную проверку современных теоретических моделей, основанных на таких представлениях. Методические разработки, сделанные в процессе выполнения работ, представляют самостоятельный интерес, и область их применения может быть расширена. В частности, новый программный комплекс может быть применен для исследования структуры иных ядер.

Основные результаты диссертации докладывались и были представлены в трудах 57-й (2007, г. Воронеж), 58-й (2008, г. Москва), 59-й (2009, г. Чебоксары) Международных конференциях по проблемам ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра.

По теме диссертации опубликовано 4 научные статьи, выпущен 1 препринт.

Диссертация состоит из Введения, четырех ГЛАВ, ЗАКЛЮЧЕНИЯ, списка цитированной ЛИТЕРАТУРЫ.

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», Комаров, Сергей Юрьевич

результаты исследования реакции Ni( He,d) [105, 106]. В данные по подхвату были добавлены 10 высокоэнергетических уровней 59Со из работы [24], которые отсутствовали в явном виде в фонде ENSDF (указана только ссылка на работу [24]).

В итоге были получены решения, характеризуемые точностью выполнения правил сумм 10% и параметрами отклонения числа частиц -1 < О < 1. И, таким образом, в результате расчета получены новые данные - вероятности заполнения и одночастичные энергии протонных подоболочек ядра 60№ (табл. 8).

Протонные подоболочки 62М. Расчет заселенностей и одночастичных энергий нейтронных оболочек 60№ производился на основе данных о спектроскопических силах, спинах и четностях состояний ядер 61Со (подхват) и б3Си (срыв).

В расчете для данных подхвата использовались результаты из реакции 62№(с1,3Не) (основной источник, на который ссылается ЕИЗБР, — [10]), а для срыва - из реакции 62№(3Не,с1) [13, 107, 108]. Дополнительно рассматривались данные реакции подхвата б2№(1;, а) [25, 109]. В ходе исследования были просчитаны отдельно варианты "чистый (с1,3Не)" и "(с1, 3Не) + уровни из реакции 62№(1;, ос)". Для последнего варианта в данные по подхвату были добавлены уровни из N1(1,а) (с учетом нормировочного коэффициента для спектроскопических сил, равного 0.937): [б1Со Е=1682 кэВ 1=3 5у=0.26], [61Со Е=3970 кэВ /=3 £,=0.29]. Полученные результаты обоих вариантов слабо отличаются друг от друга, поэтому в качестве конечного результата представлен их обобщенный результат (табл. 8).

Протонные подоболочки 64АЧ. В данном расчете проводится перенормировка спектроскопических сил для протонной конфигурации 64№ на основе информации о спектроскопических силах, спинах и четностях состояний ядер 63Со(подхват) и б5Си(срыв). В качестве данных подхвата использовались результаты реакции 64№(с1,3Не) [26, 27], а в качестве данных срыва - результаты из 64№(3Не,с1) [13]. Для уровня [63Со Е=1668 кэВ 1=5 5,=0.17,40.54] реакции 64№(с1,3Не) считались два варианта равным 0.17 и 0.54, соответственно (вероятная опечатка в фонде ЕМБОР). Для состояний

65Си Е=10750 кэВ

3 5^2.5] и [б5Си Е=13090 кэВ 1=3 5^=0.6] было принято значение у=5/2, в соответствии с комментариями Е^БР в документе реакции. Результаты представлены в табл. 8.

3.1.2.2. Протонные подоболочки ядер 58'60'62> 64]\ц,

В табл. 8 приведены полученные в настоящей работе значения заселенностей и одночастичных энергий протонных подоболочек 58№,

62№, б4№. Приведенные погрешности учитывают неопределенности в спинах и неопределенности, возникающие при обобщении результатов, основанных на данных разных реакций по срыву и подхвату. На рис. 14, 15 представлены энергетические положения протонных подоболочек изотопов

Ni. Энергии Ферми для протонных оболочек ядер никеля представлены в табл. 9, форма поверхности Ферми показана на рис. 16 -18.

Поскольку изотопы Ni имеют заряд Z = 28, то, согласно классической оболочечной модели с последовательно заполняемыми низшими подоболочками, данные ядра должны иметь полностью заполненную оболочку Ы3/2 (6 протонов), полностью заполненную подоболочку I/7/2 (8 протонов), а оболочки 2ргп, I/5/2 и 2рш должны быть пустыми. Результаты, полученные в настоящей работе (табл. 8), соответствуют такой картине с определенными отклонениями. Относительные заселенности низкорасположенных подоболочек 2^1/2 и li/3/2 близки к единице. Относительная заселенность подоболочки I/7/2 составляет в разных изотопах от 87% (60Ni) до 92% (58Ni), а заселенность 2рз/2 колеблется от 8% (58Ni) до 23% (62Ni). Оболочечная щель между I/7/2 и 2pia, соответствующая магическому числу Z = 28, составляет от 4.5 до 7.2 МэВ.

Отсутствие результатов для подоболочки 2s т в итоговой табл. 8 для 58'60>fi4Ni объясняется тем, что суммы спектроскопических сил срыва и подхвата для этой подоболочки во всех полученных физических решениях для этих изотопов отличаются от величины 2/ + 1 = 2 больше, чем допускают принятые критерии точности, и, следовательно, полученные данные для этой подоболочки не могут считаться достаточно достоверными. Недостаток спектроскопических сил Sj срыва и подхвата для 2s\ц, возможно, связан с большой фрагментацией Sj для данной подоболочки и тем, что высокоэнергетические фрагменты не были обнаружены в эксперименте в достаточном количестве.

Рис. 14, 15 отражают увеличение одночастичной энергии подоболочки lg9/2 ядра 64Ni относительно 62Ni в отличие от остальных оболочек.

Абсолютные значения энергии Ферми —ЕР увеличиваются с увеличением числа N в изотопах (см. табл. 9), поскольку положения подоболочек становятся глубже с увеличением числа нейтронов. Щелевой параметр А для всех изотопов остается приблизительно одинаковым в диапазоне 2.4 - 2.8 МэВ. Исключение составляет значение со . со

Д, полученное для Ni на основе данных Ni(d, п). Постоянство щелевого параметра говорит об одинаковой степени смешивания одночастичных протонных состояний в изотопах 58Ni, 60Ni, 62Ni, 64Ni.

Заключение.

В настоящей работе получены следующие результаты.

1. Создан новый программный комплекс для реализации метода совместного анализа данных реакций срыва и подхвата. Новизна разработанного комплекса состоит в создании возможностей проверки всех гипотез значений полного переданного момента у и гибкого управления и контроля над всеми этапами вычислений, что приводит к существенному повышению эффективности расчетов. Созданный программный комплекс позволяет на основе экспериментальных данных реакций однонуклонной передачи и данных о спинах и четностях уровней получать точные и надежные значения энергий и заселенностей ядерных подоболочек.

2. С использованием вновь созданного программного комплекса получены новые данные - параметры протонных подоболочек ядер 58' 60' 62' 64№, б4' 66, 68Zn и нейтронных подоболочек ядер 50Т1, 52Сг, 54Гс, 58' 60- 62' б4№, 64' бб' 68' 70Хп. Полученными параметрами являются энергии и заселенности подоболочек. Кроме того, для некоторых из указанных ядер определены энергии Ферми, значения щелевых параметров и фрагментационных ширин распределения спектроскопических сил. Для ядер б4' б6' 68' параметры нейтронных, а для 68Zn параметры протонных подоболочек получены впервые.

3. На основе полученных данных обнаружено и количественно описано явление вырождения нейтронных подоболочек 2рт, 1/5/2, 2/? 1/2 в ядрах 58' 60' б2' б4№. Вырождение указанных подоболочек проявляется в их близком энергетическом положении и в приблизительно равномерном распределении нейтронов по ним.

4. Показано, что энергии и заселенности протонных подоболочек изотопов 58,60"б2' 6Ф№ соответствуют классической оболочечной модели с присутствием небольшой доли состояний, возникающих благодаря конфигурационному смешиванию.

5. На основании полученных данных показано, что заполнение нейтронных подоболочек в ядрах 64' 6б' б8, 1йЪъ характеризуется большой степенью смешивания одночастичных состояний. При увеличении числа нейтронов в изотопах Ъа. нейтронная

ПО подоболочка \goi2 интенсивно заполняется, ив Ъл на ней находится порядка 2 нейтронов. Энергетическая щель между подоболочками 2рт и ^9/2 в ядре 10Zn значительно меньше О аналогичной щели в №. Полученные результаты позволили связать особенности одночастичной структуры и имеющиеся данные об энергиях первых возбужденных состояний 2+ и параметрах деформации ядер №, Ъп.

6. Обнаружено, что энергетические положения протонных под оболочек изотопов Ъъ. в целом соответствуют классической обол очечной модели. При этом смешивание конфигураций приводит к образованию большого числа вакансий на низколежащей подоболочке 1/7/2 и заполнению подоболочек выше Особенно сильно этот эффект наблюдается у изотопа Хп, в меньшей степени у

7. Проведено сравнение полученных данных о протонной и нейтронной структуре изотопов № и Ъл с имеющимися в литературе данными. Сравнительный анализ результатов, относящихся к протонной структуре указанных ядер, позволил выявить причины расхождений и сделать вывод, что в настоящей работе результаты получены на основе большего массива данных. Показано, что из трех рассмотренных модельных подходов к описанию нейтронной структуры изотопов 58' 60' 62' 64№ наилучшее согласие демонстрируют дисперсионно-оптическая модель (ДОМ) и оболочечная модель Монте-Карло (МСБМ), и в меньшей степени - релятивистская модель среднего поля (РМСП).

В заключение, автор выражает глубокую благодарность заведующему отделом ОЭПВАЯ, заведующему кафедрой Общей ядерной физики, Борису С арки со ви чу Ишханову, за предложенную интересную тему, постоянный интерес к работе, за деятельное и неоценимое участие и помощь на всех её этапах.

Автор благодарит своего научного руководителя, Игоря Николаевича Бобошина, за постановку задачи, неоценимую помощь в контроле и выявлении ошибок в полученных данных, в объяснении особенностей обработки спектроскопических данных и в адаптации метода совместного анализа к новому программному комплексу.

Автор также благодарит руководителя лаборатории ЦДФЭ, Владимира Васильевича Варламова, за помощь в написании научных статей, заведующего отделом ОНТИ, свою жену, Комарову Ольгу Дмитриевну за моральную поддержку, Евгения Александровича Романовского и сотрудника отдела ОНТИ, Ольгу Викторовну Беспалову, за подробное объяснение теоретических моделей и концепций оболочечной структуры и за помощь в получении текстовых версий работ, использованных в настоящей работе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Комаров, Сергей Юрьевич, 2009 год

1. М. G. Mayer, Phys. Rev. 75, 1969 (1949).

2. О. Haxel, J. H. D. Jensen, H. E.Suess, Phys. Rev. 75, 1766 (1949).

3. Boboshin I.N. et al., Single-Particle Properties of the lf-2p Shell Nuclei on the Basis of Proton Stripping and Pick-Up Data. Nucl. Phys. A v. 496. p. 93. (1989), {1989B018}.

4. И.Н.Бобошин, В.В.Варламов, Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов. Анализ данных по реакциям однонуклонной передачи и структура атомных ядер. Деп. ВИНИТИ, №6140-В86, 1986.

5. И.Н. Бобошин, В.В.Варламов, Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов. Метод совместной оценки данных по реакциям срыва и подхвата. Вопросы Атомной Науки и Техники, сер: Ядерные Константы, вып. 4 (1987) 87.

6. R.D.Macfarlane, J.B.French. Stripping Reactions and the Structure of Light and Intermediate Nuclei. Revs.Modern Phys. 32, 567 (1960), {1960MA32}.

7. C. F. Clement. Theory of Overlap Functions (I). Single Particle Sum Rules and Centre-of-Mass Corrections. Nucl.Phys. A213, 469 (1973), {1973CL09}.

8. A.R.Majumder, M.S.Chowdhury, H.M.Sen Gupta, A.Guichard. Level Properties of 3°V Through the 51V(t, a) Reaction. Nucl.Phys. A238, 1 (1975), {1975MA06}.

9. R.N.Glover, A.D.W.Jones. Hole States of 51V and 53Mn. Intern.Nucl.Phys.Conf., Gatlinburg, Tenn. (1966), {1967G109}.

10. P.David, A.Riccato. The Reactions 68'70Zn(3He,d)69'71Ga and 68, 70Zn(3He,a)67'69Zn and Level Systematics of the Odd-Mass Ga-Isotopes. BMFT-FB-K-73-20 (1973), {1973DaXY}.13,14,15

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.