авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Кластерные степени свободы в тяжелых ядрах

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

УДК 539.17

АДАМЯН

Гурген Григорьевич

КЛАСТЕРНЫЕ СТЕПЕНИ СВОБОДЫ В ТЯЖЕЛЫХ ЯДРАХ

Специальность: 01.04.16 — физика атомного ядра

и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Дубна 2013

Работа выполнена в Лаборатории теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова Объединенного института ядерных исследова ний, г. Дубна.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор, нач. сектора № 9 А.И. Вдовин (ЛТФ ОИЯИ) доктор физико-математических наук, профессор К.А. Гриднев (Санкт-Петербургский государственный университет) доктор физико-математических наук, профессор, г.н.с. Э.Е. Саперштейн (НИЦ “Курчатовский институт”)

Ведущая организация:

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва.

Защита состоится “ ” 2013 г. в ч. мин. на заседании диссертационного совета Д 720.001.01 в Лаборатории тео ретической физики им. Н.Н. Боголюбова Объединенного института ядерных исследований, ул. Жолио-Кюри 6, г. Дубна, Московская об ласть, 141980.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Автореферат разослан “ ” 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук А.Б. Арбузов Общая характеристика диссертации Актуальность темы. Недавние эксперименты существенно расши рили наши знания о процессе квазиделения в реакциях холодного и горячего слияния, приводящих к образованию сверхтяжелых ядер. В этих экспериментах доказано сильное влияние оболочечных эффек тов на массовое, зарядовое и энергетическое распределения продуктов квазиделения. Несмотря на интенсивные исследования процесса ква зиделения, до наших работ не существовали микроскопические модели для описания характеристик продуктов квазиделения.

На поверхности (Z,N ) существует целая область неизвестных ядер между нейтронно-дефицитными изотопами сверхтяжелых ядер, полу ченными в реакциях холодного слияния, и самыми тяжелыми изотопа ми, полученными в реакциях горячего слияния. Синтез этих изотопов и определение их свойств важны также для восстановления энергий связи сверхтяжелых ядер с Z=112–118, которые были синтезирова ны в ЛЯР ОИЯИ в реакциях горячего слияния с пучками 48 Ca. Це почки -распада некоторых этих сверхтяжелых ядер заканчиваются как раз в области неизвестных изотопов, которые могут быть получе ны лишь в реакциях квазиделения (асимметричный выходной канал).

Представляет также большой интерес предсказание сечений образова ния нейтронно-избыточных ядер в реакциях квазиделения.

Эмиссия тяжелых кластеров в реакциях при низких и промежу точных энергиях уже много лет является объектом эксперименталь ных и теоретических исследований. Из сравнения экспериментальных сечений с предсказаниями статистической модели следует, что кроме процесса полного слияния в выход кластеров дает вклад процесс ква зиделения. Поскольку экспериментальные данные не воспроизводятся в статистических расчетах, необходимо создание новой модели эмис сии сложных фрагментов, которая позволила бы учесть каналы ква зиделения, и зависимость конкуренции различных каналов распада от углового момента.

С появлением нейтронно-дефицитных радиоактивных пучков ста новится возможным более детальное изучение процесса вылета тяже лых кластеров в реакциях полного слияния, так как сечения эмис сии из нейтронно-дефицитных составных ядер сильно возрастают. По скольку до сих пор отсутствует теоретическая модель, хорошо описы вающая существующие экспериментальные данные по эмиссии тяже лых кластеров и объясняющая механизм образования и вылета этих кластеров, возникает потребность в создании такой модели.

Успехи ускорительной техники и экспериментальных методов поз волили получить новые нейтронно-избыточные ядра с Z 30 вблизи границы стабильности, обнаружить новые явления, позволяющие рас ширить наше понимание магических чисел и стабилизирующей роли оболочечных эффектов. Например, для нейтронно-избыточных ядер возникают новые магические числа с N =16 и N =26. В реакциях фраг ментации, часто используемых для получения экзотических ядер, се чения образования ядер, далеких от области стабильности, малы и первичные продукты имеют довольно большую энергию возбуждения, что сводит к минимуму вероятность выживания слабосвязанных ядер.

В этой связи актуальна возможность применения реакций многонук лонных передач для синтеза ядер, далеких от области стабильности.

Новое поколение установок с радиоактивными пучками обеспечи вает высокие интенсивности ( 109 ионов/с) нейтронно-избыточных пучков (например, 8894 Kr, 132 Sn and 140144 Xe). Поэтому важной за дачей является анализ возможности и оптимальных условий получе ния новых нейтронно-избыточных изотопов в реакциях многонуклон ных передач с радиоактивными пучками.

В связи с большим временем необходимым для наблюдения кла стерной радиоактивности (КР), важное значение приобретает пред сказание периодов полураспада КР. Сильные различия в исходных посылках теоретических подходов, описывающих КР, указывают на необходимость более глубокого понимания физики изучаемого явле ния. Более того, не существует общей модели, рассчитывающей од новременно вероятности - и кластерных распадов различных ядер.



Таким образом, актуальной задачей является анализ с единых пози ций -распада и КР.

В настоящее время -распад, спонтанное деление и низколежащие коллективные состояния привлекают значительное внимание в связи с исследованиями структуры тяжелых и сверхтяжелых ядер. За по следние годы набор экспериментальных данных был значительно рас ширен с помощью установок, таких как SHIP (GSI), GREAT (JYFL), BEST (GANIL), GABRIELA (JINR), на которых возможно проведение -, электронной- и -спектроскопии. Низколежащие состояния были идентифицированы в изотопах Es, Md, Lr, Db и Bh. Исходя из экспе риментальной тонкой структуры -распада, можно определить спины и четности низколежащих состояний ядер. Предсказания периодов по лураспада при эмиссии -частиц необходимы для идентификации но вых изотопов тяжелых ядер и сверхтяжелых элементов. Исследования проявлений кластерных эффектов в структуре низколежащих состоя ний тяжелых и сверхтяжелых ядер являются весьма актуальными.

До сих пор мало экспериментальной информации о высокоспино вых гипердеформированных (ГД) состояниях ядер. Возможность рас смотрения сильнодеформированных состояний в тяжелых ядрах как конфигураций двойных ядерных систем (ДЯС) показана во многих работах. Действительно, соответствующие ДЯС имеют те же квадру польные моменты и моменты инерции, что и измеренные для суперде формированных (СД) состояний и оцененные для ГД состояний. Во прос возникает относительно возможности образования кластерного ГД состояния непосредственно во входном канале реакции с тяжелы ми ионами, т. е. без стадии формирования составного ядра. Попытки формирования ГД состояний в реакциях слияния-деления не привели к желаемым результатам.

Удивительным свойством обладают СД состояния: внутриполосные вращательные E2 переходы имеют практически постоянную интен сивность и резко обрываются при определенных спинах. Это явление называется внезапной остановкой распада СД полосы. Различные мо дели дают совершенно противоположные объяснения этого эффекта, а вычисления являются довольно схематичными. Поэтому вопрос, что действительно инициирует внезапное исчезновение СД полосы и изме нение формы ядра при относительно низких спинах, требует дальней ших исследований, в частности, в рамках кластерного подхода.

В последние годы эксперименты по реакциям полного слияния 48 Ca+233,238 U,237 Np, 242,244 Pu,243 Am, 245,248 Cm,249 Cf на основе акти нидных мишеней были выполнены в ЛЯР ОИЯИ (Дубна), GSI (Дармштадт), и LBNL (Беркли) для достижения ”острова стабиль ности” сверхтяжелых элементов (СТЭ) с центром при зарядовом числе Z=114 и нейтронном числе N =184, предсказанным в рамках макроскопическо-микроскопических моделей. Найденная эксперимен тальная тенденция ядерных свойств (Q -значения и периоды полурас пада) СТЭ показывает увеличивающуюся стабильность ядер, прибли жающихся к сферической замкнутой нейтронной оболочке N =184, и также указывает на слабое влияние протонной оболочки при Z=114.

Q -значения не испытывают скачка при пересечении протонного числа Z=114 при различных значениях нейтронного числа от N =172 до 176.

Это экспериментальное наблюдение находится в согласии с предска заниями релятивистских и нерелятивистских моделей среднего поля, где центр ”острова стабильности” расположен около ядер с Z=120 126 и N =184. Используя экспериментальные сечения испарительных остатков в реакциях полного слияния с пучком 48 Ca и сечения полного слияния, вычисленные с помощью кластерной модели, можно извлечь вероятности выживания сверхтяжелых ядер с зарядовыми числами Z=112-118 в испарительных каналах xn и указать положение следу ющего дважды магического ядра после 208 Pb, что важно для синтеза СТЭ с Z 118.

Развитию формализма для описания статистического и динамиче ского поведения открытых квантовых систем посвящено большое чис ло работ. Данный формализм применяется для описания реакций сли яния, квазиделения, многонуклонных передач с тяжелыми ионами и деления ядер. Квантовые диффузионные уравнения для приведенной матрицы плотности (например, уравнение Линдблада) или функции Вигнера могут быть использованы для изучения квантовых и дисси пативных эффектов в этих процессах.

Целью работы является построение кластерного подхода для опи сания реакций квазиделения и многонуклонных передач, эмиссии сложных фрагментов, кластерной радиоактивности и альфа-распада, сильнодеформированных состояний, структуры сверхтяжелых ядер, предложение оптимальных реакций для получения новых сверхтя желых и нейтронно-избыточных изотопов, ядер в гипердеформи рованном состоянии, развитие формализма открытых квантовых систем на примерах ядерных кластерных систем, и, в итоге, демон страция важности кластерных степеней свободы в ядерных процессах.

Научная новизна.

• Построена микроскопическая кластерная модель для описания характеристик реакций квазиделения. Модель позволила впер вые объяснить, что 1) диффузия по координатам массовой и заря довой асимметрий и относительного расстояния (распад двойной ядерной системы) ответственна за образование продуктов квази деления;

2) процесс квазиделения - основной процесс, препятству ющий полному слиянию тяжелых ядер;

3) оболочечные эффекты сильно влияют на выходы продуктов квазиделения: максимумы выходов соответствуют минимумам потенциальной энергии си стемы как функции массовой (зарядовой) асимметрии;

4) в реак циях горячего и холодного слияния, приводящих к образованию сверхтяжелых элементов, вероятность слияния-деления намного меньше, чем вероятность квазиделения, и основной вклад в сим метричные и почти симметричные фрагментации дает квазиде ление;

5) в реакциях холодного слияния, приводящих к образо ванию сверхтяжелых элементов, продукты квазиделения факти чески связаны с фрагментациями около начальной входной си стемы, однако увеличение нейтронного числа в системе приводит к росту доли симметричных и почти симметричных фрагмента ций. Предложен метод для проверки реалистичности динамики существующих моделей полного слияния.

• Впервые предложены реакции симметричного и асимметрично го квазиделения при энергиях пучка вблизи кулоновского ба рьера для получения новых изотопов сверхтяжелых ядер с 103 Z 108, нейтронно-избыточных тяжелых ядер с Z = 30, 32, 64-79, которые невозможно синтезировать в реакциях де ления, холодного и горячего слияния со стабильными пучками.

Впервые предсказаны сечения деления возбужденных сверхтя желых ядер, полученных в реакциях многонуклонных передач.

Предложен эксперимент для наблюдения квазитройного деления.

Предложен новый метод отделения фрагментов деления от фраг ментов квазиделения.

• Предложено описание образования и распада сильновозбужден ной ядерной системы путем испускания легких частиц и слож ных фрагментов. Конкуренция между испарительными канала ми и каналами бинарного распада учитывается единым образом и зависит от углового момента системы. Показано, что механизм эмиссии кластеров (слияние-распад или квазиделение) определя ется значением максимального углового момента, внесенного в начальную систему во входном канале. Сделанные нами пред сказания зарядовых распределений конечных продуктов реакций подтверждены в экспериментах.

• Предложен новый метод расчета сечений испарительных остат ков в ядерных реакциях полного слияния. Преимуществом дан ного метода является возможность учета на единой основе как ка налов испарения легких частиц, так и каналов эмиссии тяжелых кластеров. Показано, что при определенных энергиях возбужде ния составного ядра, кластерный распад является доминирую щим каналом образования определенных нейтронно-дефицитных ядер.

• Найдены оптимальные реакции многонуклонных передач со ста бильными и радиоактивными пучками для получения неиз вестных нейтронно-избыточных изотопов 24,26 O, 36,38 Mg, 42 Si, 52,54,56,58,60 Ca, 138,140,142 Sn и 148,150,152 Xe Впервые показано, что сечения образования нейтронно-избыточных изотопов Са увели чиваются с ростом зарядового (массового) числа ядра-мишени в реакциях передач с пучками 48 Ca и реакции с актинидными мишенями являются оптимальными. Продемонстрировано, что сечения образования нейтронно-избыточных ядер 52,54,56,58,60 Ca в реакциях с стабильными пучками меньше, чем в соответству ющих реакциях с радиоактивными пучками. Предложен метод оценки энергии отрыва нейтрона экзотического изотопа на основе измеренной функции возбуждения. Впервые продемонстрирова но, что бинарные процессы многонуклонных передач составляют большую часть сечения образования экзотических изотопов при промежуточных энергиях.

• Предложено единое описание кластерной радиоактивности и распада из холодных ядер. Квантовое динамическое колебание по координате зарядовой (массовой) асимметрии определяет величи ну спектроскопического фактора, а туннелирование по коорди нате относительного расстояния определяет величину проницае мости барьера ядро-ядерного потенциала взаимодействия. Пред ложен новый метод расчета спектроскопического фактора. Дано объяснение тонкой структуры кластерного распада 223 Ra 14 C.

Для -распадов нейтронно-дефицитных ядер 194,196 Rn объяснена возможная причина отклонения периода полураспада от закона Гейгера-Неттола.

• Разработан кластерный подход для описания сильнодеформиро ванных ядерных состояний. Показано, что сильнодеформирован ные состояния появляются вследствие коллективного движения по координате зарядовой асимметрии. На основе этого предло жена принципиально новая интерпретация внезапной остановки распада СД полосы тяжелого ядра. Внезапный переход из СД минимума в нормальнодеформированный (НД) минимум проис ходит из-за пересечения СД полосы с самой ближайшей соседней возбужденной НД полосой. В рамках кластерного подхода пред ложен новый метод спектроскопических исследований СД ядер.

• Используя кластерный подход, предложен новый метод заселе ния и идентификации ГД ядер во входном канале реакции с тя желыми ионами. Найдены оптимальные комбинации взаимодей ствующих ядер, угловые моменты и энергии бомбардировки для заселения ГД состояний.





• С помощью кластерной модели слияния извлечены из экспери ментальных данных вероятности выживания сверхтяжелых со ставных ядер. Впервые показано, что абсолютная энергия оболо чечной поправки основного состояния ядра может расти с уве личением атомного номера Z от Z=114 до 118 и соответственно следующая магическая протонная оболочка после Z = 82 ожида ется при Z 120.

• На основе модифицированной двухцентровой оболочечной моде ли впервые предсказаны изотопические тенденции K-изомерных состояний тяжелых и сверхтяжелых ядер, и -распадные цепоч ки, проходящие через изомерные состояния.

• Для марковских открытых квантовых систем, получено аналити ческое выражение для пропагатора матрицы плотности. Показа но, что 1) для времен, представляющих интерес при столкнове нии тяжелых ионов вблизи кулоновского барьера, матрица плот ности практически диагональная, что показывает оправданность использования полуклассических методов;

2) с квантовыми коэф фициентами диффузии декогеренция увеличивается медленнее, чем в классическом случае, что приводит к большей проницае мости потенциального барьера в квантовом рассмотрении. Фор мализм приведенной матрицы плотности применен для описания процесса захвата налетающего ядра ядром-мишенью. Получены аналитические выражения, которые обобщают формулу Крамер са для квазистационарной скорости распада из метастабильного состояния квантовой системы. Найдено, что с учетом квантового набора диффузионных коэффициентов скорость распада из ме тастабильного состояния больше, чем в классическом описании.

Достоверность результатов контролировалась посредством много численных сравнений с имеющимися экспериментальными данными.

Практическая ценность работы. Предложенные модели активно используются для анализа экспериментальных данных по реакциям квазиделения и многонуклонных передач, а также для предсказаний результатов планируемых экспериментов. В диссертации предложен набор экспериментов, постановка которых позволит получить новые неизвестные нейтронно-избыточные изотопы, изучить моды кластер ного распада и раскрыть природу сильнодеформированных состояний атомных ядер. Представленные результаты представляют интерес и частично уже нашли себе применение в ряде российских и зарубежных центрах (ОИЯИ, МИФИ, НИИЯФ МГУ, GSI, GANIL, LBNL, ORNL).

На защиту выносятся следующие результаты:

• Построена микроскопическая кластерная модель для описания характеристик реакций квазиделения. Показано, что диффузия по координатам массовой и зарядовой асимметрий и относитель ного расстояния ответственна за образование продуктов квази деления. В реакциях горячего и холодного слияния, приводящих к образованию сверхтяжелых элементов, вероятность слияния деления намного меньше, чем вероятность квазиделения, и основ ной вклад в симметричные и почти симметричные фрагментации дает квазиделение.

• Предложены реакции симметричного и асимметричного квази деления при энергиях пучка вблизи кулоновского барьера для получения новых изотопов сверхтяжелых ядер с 103 Z 108, нейтронно-избыточных тяжелых ядер с Z = 30, 32, 64-79, кото рые невозможно синтезировать в реакциях деления, холодного и горячего слияния со стабильными пучками. Предсказаны се чения деления возбужденных сверхтяжелых ядер, полученных в реакциях многонуклонных передач.

• Предложены механизм и модель эмиссии кластеров из возбуж денной ядерной системы. Кластеры образуются при коллектив ном движении ядерной системы по координатам массовой и заря довой асимметрий с дальнейшим распадом через кулоновский ба рьер. Показано, что механизм эмиссии кластера (слияние-распад или квазиделение) определяется значением максимального угло вого момента начальной системы во входном канале. В рамках кластерного подхода предложен новый метод расчета сечений испарительных остатков в ядерных реакциях полного слияния.

Показано, что при определенных энергиях возбуждения состав ного ядра, кластерный канал является доминирующим каналом образования определенных нейтронно-дефицитных ядер. Пред сказания модели сечений образования ядер остатков находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

• Найдены оптимальные реакции многонуклонных передач для получения неизвестных нейтронно-избыточных изотопов ядер.

Продемонстрирована возможность получения изотопов 24,26 O, 36,38 Mg, 42 Si, 52,54,56,58,60 Ca, 138,140,142 Sn и 148,150,152 Xe в реакци ях многонуклонных передач со стабильными и радиоактивными пучками. Продемонстрировано, что бинарные процессы много нуклонных передач дают основной вклад в образование экзотиче ских изотопов при промежуточных энергиях. Расчетные резуль таты находятся в хорошем согласии с большинством существую щих экспериментальных данных.

• Предложен механизм и построена модель кластерного распада из холодных ядер. Процесс образования кластера связан с эволюци ей системы по коллективной координате зарядовой асимметрии.

Хорошо описаны известные периоды полураспада и предсказаны наиболее вероятные выходы кластеров в областях ”свинцовой” и ”оловянной” радиоактивностей. Представленная модель примене на к описанию -распада.

• Разработан кластерный подход для описания сильнодеформиро ванных ядерных состояний. Дано количественное объяснение ос новных свойств СД полос в ядрах массовой области 190. Предло жена принципиально новая интерпретация внезапной остановки распада СД полосы тяжелого ядра. Внезапный переход из СД минимума в НД минимум происходит из-за пересечения СД по лосы с самой ближайшей соседней возбужденной НД полосой.

Предложен новый метод спектроскопических исследований СД ядер.

• Используя кластерный подход, предложен новый метод заселения ГД ядер во входном канале реакции с тяжелыми ионами. Найде ны оптимальные комбинации взаимодействующих ядер, угловые моменты и энергии бомбардировки для заселения ГД состояний.

Предложен новый метод идентификации ГД состояний.

• С помощью кластерной модели слияния извлечены из экспери ментальных данных вероятности выживания сверхтяжелых со ставных ядер. Показано, что энергия оболочечной поправки ос новного состояния ядра может расти с увеличением атомного но мера Z от Z=114 до 118 и соответственно следующая магическая протонная оболочка после Z = 82 имеет Z 120.

• На основе модифицированной двухцентровой оболочечной мо дели изучены изотопические тенденции K-изомерных состояний сверхтяжелых ядер. Предсказанные изомерные состояния нашли подтверждение в последующих экспериментах. Предсказаны распадные цепочки, проходящие через изомерные состояния.

• Получено аналитическое выражение для пропагатора матрицы плотности общего квадратичного коллективного гамильтониана открытой квантовой системы, связанной линейно по координате и импульсу с одночастичными степенями свободы. Разработан ный формализм применен для описания процесса захвата налета ющего ядра ядром-мишенью. Получены аналитические выраже ния, которые обобщают формулу Крамерса для квазистационар ной скорости распада из метастабильного состояния квантовой системы.

Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации, до кладывались и обсуждались на научных семинарах в Лаборатории теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова Объединенного института ядерных исследований, в институте теоретической физики Универси тета г. Гиссена (Германия), на научных семинарах международных на учных центров в Германии (GSI), Франции (GANIL) и Китае (IMP), а также представлялись и докладывались на международных конферен циях, симпозиумах и рабочих совещаниях: 5th Int. Wigner Symposium (Vienna, Austria, 1997), Int. Conf. TOURS2000 (Tours, France, 2000), Int.

Conf. on Nuclei Far from Stability and Astrophysics (Predeal, Romania, 2000), Int. Symp. on Fundamental Issues in Elementary Matter (Bad Honnef, Germany, 2000), Int. Conf. on Nuclear Physics (Berkeley, USA, 2001), Int. Conf. on Cluster Aspects of Many-Body Quantum Systems (Kyoto, Japan, 2001), Int. Symp. on New Projects and Lines of Research in Nuclear Physics (Messina, Italy, 2002), Int. Conf. on Structure and Dynamics of Elementary Matter (Bucharest, Romania, 2003), Int. Conf.

on Nuclear Structure and Related Topics (Dubna, Russia, 2003), Int.

Symp. on Exotic Nuclear Systems (Debrecen, Hungary, 2005), Workshop on the New Applications of Nuclear Fission (Bucharest, Romania, 2003), ISHIP (Frankfurt, Germany, 2006), XXVI Int. Workshop on Nuclear Theory (Soa, Bulgaria, 2007), Int. Conf. on Extremes of the Nuclear Landscape (Zakopane, Poland, 2008), Int. Conf. on Nuclear Structure and Dynamics’09 (Dubrovnik, Croatia, 2009), Int. Conf. on Nuclear Structure and Related Topics (Dubna, Russia, 2009), 10th Int. Conf. on Nucleus Nucleus Collisions (Beijing, China, 2009). Int. Bogolyubov Conf. on Problems of Theoretical and Mathematical Physics (Dubna, Russia, 2009), Int. Symp. on Quasission Process in Heavy Ion Reactions (Messina, Italy, 2010). 2nd Int. Workshop on State of the Art in Nuclear Cluster Physics (Brussels, Belgium, 2010), 5th Int. Conf. FUSION11 (Saint-Malo, France, 2011), Int. Conf. CLUCTER2012 (Debrecen, Hungary, 2012).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 25 работ в изданиях, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций. Спи сок работ приводится в конце автореферата.

Личный вклад автора. Из работ, выполненных в соавторстве, в дис сертацию включены результаты, полученные либо лично автором, ли бо при его определяющем участии в постановке задач и разработке методов их решения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 7 глав общим объемом 279 страниц, включая 27 таблиц, 167 рисунков и спи сок цитируемой литературы из 364 наименований.

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные цели, подчеркивается научная новизна про Рис. 1: Расчетные (линии) мас 48 Ca+ Cm совый выход (верхняя часть) 0.03 и дисперсия TKE (нижняя часть) продуктов квазиделе Y(AP) ния как функции массового 0. числа AP легкого фрагмен та в реакциях горячего сли 0. яния 48 Ca+248 Cm296 116 при энергии столкновения, соот 0.00 ветствующей энергии возбуж 40 60 80 A 100 120 дения составного ядра 37 МэВ.

P Результаты, полученные при J = 0 и 70, представлены сплошными и пунктирными (MeV ) кривыми соответственно. Экс периментальные данные пока TKE заны точками.

400 48 Ca+ Cm 70 80 90 100 110 120 130 140 AP веденных исследований, дается краткий обзор экспериментальных яв лений, для объяснения которых применяется кластерный подход.

В первом разделе главы 1 на основе концепции ДЯС предло жен новый механизм процесса квазиделения и разработан метод вы числения зарядового, массового, и кинетической энергии распреде лений продуктов квазиделения. ДЯС одновременно эволюционирует по коллективным координатам Z = (Z1 Z2 )/(Z1 + Z2 ) и массовой = (A1 A2 )/(A1 + A2 ) асимметрий (Ai (Zi ) – массы (заряды) ядер ДЯС посредством передачи протонов и нейтронов между ядрами и в тоже время распадается по координате относительного расстояния R между центрами масс взаимодействующих ядер в сторону увеличе ния межъядерного расстояния из всех промежуточных конфигураций.

Распад ДЯС, сформированной в столкновении тяжелых ионов, опре деляет зарядовое и массовое распределения продуктов квазиделения.

Для описания квазиделения использована система мастер-уравнений для коллективных координат. Для расчета микроскопических транс портных коэффициентов мастер-уравнений используется одночастич ное приближение с реалистическими схемами одночастичных уровней для каждого из ядер ДЯС. Расчетные выходы продуктов квазиделе ния и их распределения по кинетической энергии находятся в хоро шем согласии с существующими экспериментальными данными для реакций горячего и холодного слияния, приводящих к сверхтяжелым ядрам. В качестве примера на рис. 1 приведены расчеты в сравне нии с экспериментальными данными для реакции 48 Ca+248 Cm. Мак симумы в массовых и зарядовых выходах коррелируют с минимумами управляющего потенциала U, которые вызваны оболочечными эффек тами ядер ДЯС. При массе легкого продукта AP 48 максимальный выход фрагментов квазиделения происходит из конфигураций с тя желыми ядрами около 208 Pb. Потенциальный минимум препятству ет переходу ДЯС к конфигурациям с меньшей массовой асимметрией и соответственно вероятность распада из конфигураций с тяжелыми ядрами около 208 Pb увеличивается. Минимумы в зависимости T KE от AP связаны с жесткими ядрами в ДЯС, такими как Zr, Sn и Pb.

def В ДЯС с мягкими ядрами большие значения (T KE )2 способствуют появлению максимумов в T KE (AP ). Рассмотрение флуктуаций ДЯС по координате зарядовой асимметрии (флуктуации из-за кулоновского взаимодействия) при фиксированной массовой асимметрии, флуктуа ций квадрупольных параметров деформации ядер ДЯС и флуктуации моды изгиба в ДЯС, позволяет объяснить большую дисперсию распре деления TKE. Вклад в дисперсию TKE из-за нуклонного обмена более важен при распаде сильноасимметричных ДЯС.

Поскольку барьер квазиделения увеличивается с уменьшением за рядовой асимметрии и ростом числа нейтронов в системе, различие между распределениями квазиделения в реакциях холодного и горяче го слияния связано с различным выбором сталкивающихся ядер. Най дено, что в реакциях холодного слияния продукты квазиделения фак тически связаны с фрагментациями около начального входного ДЯС из-за маленьких значений барьеров квазиделения. В реакциях со свин цовой мишенью относительный выход почти симметричных фрагмен тов квазиделения уменьшается с увеличением атомного номера ядра снаряда и в целом меньше, чем в реакциях с актинидными мишенями Таблица 1: Расчетные T KE для почти симметричных продуктов квазиделения с Atot / Atot /2 20 AP Atot /2, доля PCN / Y (AP ) актов слияния-деления от AP =Atot / носительно событий квазиделения в массовой области Atot /2 20 AP Atot /2 (Atot полное число нуклонов в системе). Реакции и энергии соответствующих составных ядер указаны.

Atot / Z1 Z2 ECN (МэВ) T KE (МэВ2 ) PCN / Y (AP ) Реакции AP =Atot / Ar+165 Ho 1206 89 119 1. 120 143 0. 9. Fe+132 Xe 1404 105 1. 120 5. Ca+238 U 1840 33.4 2. 50 2. Ca+237 Np 1860 33.2 1. 50 1. Ca+244 Pu 1880 34.8 4. 42 1. 50 6. Ca+243 Am 1900 33.7 3. 50 4. Ca+248 Cm 1920 37 1. 50 1. Ca+247 Bk 1940 32.4 9. 50 1. Ca+249 Cf 1960 30.6 3. 50 8. Ti+248 Cm 2112 50 3. Cr+248 Cm 2304 50 9. Ni+244 Pu 2632 50 7. Ni+248 Cm 2688 50 4. Fe+208 Pb 2132 14.5 5. 30 6. Fe+232 Th 2340 53 5. Fe+244 Pu 2444 44 2. 50 7. Fe+248 Cm 2496 33 6. 50 6. Fe+249 Cf 2548 33 6. 50 1. Ni+208 Pb 2296 12.5 1. 20 8. 30 4. Ni+208 Pb 2296 20 3. 30 4. Kr+198 Pt 2808 25 3. 50 2. Kr+208 Pb 2952 17 2. 30 и налетающим ядром 48 Ca.

Вычисленные относительные вклады слияния-деления и квазиде ления в выходы симметричных продуктов показаны для различных реакций в табл. 1. Вклад слияния-деления определяется вероятностью полного слияния PCN, так как вероятность выживания возбужденного составного ядра намного меньше единицы. Этот вклад увеличивается с ростом энергии бомбардировки, но остается по абсолютной величине довольно маленьким в рассмотренных реакциях, в которых квазиде ление дает основной вклад в выходы почти симметричных продуктов.

Отношение между вероятностями движениями ДЯС к более асиммет ричным и более симметричным конфигурациям зависит от начальной массовой асимметрии во входном канале и экспоненциально уменьша ется с увеличением зарядового числа сверхтяжелого составного ядра.

Рассмотрены также пред- и пост-нейтронная эмиссии, а также де ление тяжелого ядра в ДЯС. Если более тяжелый партнер по реакции с Z 96 делится, один из его фрагментов сливается с легким ядром ДЯС и образовавшееся ядро дает вклад в почти симметричное квази деление. Число нейтронов, испускаемых из ДЯС (нейтроны до распада ДЯС), очень маленькое в рассмотренных реакциях. Общее количество нейтронов от пред- и пост-распадов, сопровождающих квазиделение, хорошо описывается в нашей модели.

Во втором разделе рассматриваются реакции квазиделения из асимметричного выходного канала, в которых зарядовое число одно го из фрагментов больше зарядового числа ядра-мишени. В реакциях 48 Ca + 244,246,248 Cm при энергиях пучка E c.m. =207, 205.5, 204 МэВ можно получить новые изотопы сверхтяжелых ядер (испарительные остатки) с Z = 103–108, которые нельзя синтезировать в реакциях го рячего и холодного полного слияния со стабильными ядрами (рис. 2).

Выходы YZ,N первичных тяжелых ядер, образованных при распадах ДЯС, рассчитаны двумя способами: на основе динамического подхо да с помощью системы мастер-уравнений и на основе статистического подхода с помощью формулы Крамерса. Расчет выживаемости воз бужденного сверхтяжелого ядра производился на основе статистиче ской модели с плотностью уровней, вычисленной по модели ферми No Md Lr 2 Md (pb) No Lr Sg Db Lr Rf 261 No Bh Db ER 263 Rf 1 Sg Db Rf Bh Hs Sg 10 Hs Bh (pb) ER - - ZN - Y - - 102 104 106 Z Рис. 2: Рассчитанные начальные выходы YZ,N (нижняя часть) и сечения об разования испарительных остатков ER (средняя и верхняя части) обозначе ны треугольниками, кругами и квадратами для реакций 48 Ca+244,246,248 Cm (Ec.m. = 207, 205.5, 204 МэВ) соответственно. Тяжелые фрагменты, обра зованные после испарения одного нейтрона, указаны в верхней части. Ре зультаты, полученные на основе динамического и статистического подходов, представлены темными и светлыми символами соответственно.

газа. Как видно из рис. 2, в то время как выход YZ,N в реакции асим метричного квазиделения падает приблизительно на 3 порядка с уве личением Z от 102 до 108, сечение испарительных остатков ER умень шается приблизительно в 30 раз из-за увеличения вероятности выжи вания в 1n-канале испарения для ядер, приближающихся к деформи рованной подоболочке Z=108 и N =162. Экспериментальная проверка этих предсказаний дала бы дополнительную информацию об абсолют ных значениях оболочечных поправок в этой области сверхтяжелых ядер. Сечения образования испарительных остатков лежат в пределах 1 пб - 1нб, что делает возможным экспериментальное получение этих изотопов. Результаты, полученные на основе динамического и стати стического подходов, оказались близкими. Уменьшение числа нейтро нов в ядре-мишени ведет к увеличению ER, поскольку величина YZ,N увеличивается из-за меньшего числа переданных нуклонов.

Для будущих экспериментов изучена возможность вынужденно го деления новых изотопов сверхтяжелых ядер с атомными номера ми Z=103 – 108 в реакциях асимметричного квазиделения 48 Ca + 244,246,248 Cm при энергиях столкновения вблизи соответствующих ку лоновских барьеров. Предсказанные сечения деления возбужденных сверхтяжелых ядер, полученных после многонуклонной передачи, на ходятся на уровне 100 нб–100 мкб. Поскольку барьер деления сверхтя желых ядер определяется, главным образом, оболочечными поправка ми в основном состоянии, в предложенном эксперименте можно также изучить зависимость значения оболочечной поправки от (Z, N ) и энер гии возбуждения делящегося ядра.

В третьем разделе вычислены выходы продуктов асимметричного квазиделения для реакций холодного слияния. Как и в случае реак ций горячего слияния, сечение выхода этих продуктов увеличивается с уменьшением нейтронного числа ядра-снаряда. Некоторые продукты испускают альфа-частицы с довольно большими энергиями, которые сопоставимы с энергиями альфа-частиц, испущенных из сверхтяже лых ядер. Измерение выхода продуктов асимметричного квазиделения в реакциях холодного слияния и сравнение с теоретическими предска заниями важно для понимания механизма слияния.

В четвертом разделе рассмотрено получение нейтронно избыточных изотопов Zn и Ge с нейтронным числом N 50, являющимися продуктами канала квазиделения (многонуклонных пе редач) в реакциях 48 Ca+238 U,244 Pu при энергиях столкновения около кулоновского барьера, когда энергия возбуждения полученного экзо тического изотопа ниже, чем энергетический порог для нейтронной эмиссии. Предсказанные сечения образования нейтронно-избыточных изотопов 82,84,86 Zn и 86,88,90,92 Ge находятся на уровне (0.1–160) пб.

Изотопы 84,86 Zn и 90,92 Ge еще не обнаружены экспериментально. Из-за большого нейтронного избытка и меньших потерь из-за квазиделения около входного канала, использование 48 Ca более предпочтительно, чем использование более тяжелых налетающих ядер для достижения нейтронно-избыточной области нуклидов на основе актинидных реакций.

В пятом разделе продемонстрирована возможность получения но вых нейтронно-избыточных изотопов ядер с зарядовыми числами Z=64-80 в реакции многонуклонных передач 48 Ca+238 U при энергии Ec.m. = 189 МэВ около кулоновского барьера.

В первом разделе главы 2 разработана новая модель для описа ния процесса образования сложных фрагментов в реакциях при низ ких энергиях. Кластеры образуются за счет коллективного движения ядерной системы по координатам массовой и зарядовой асимметрий с дальнейшим распадом через барьер квазиделения. Вероятность фор мирования кластера вычисляется статистически с использованием ста ционарного решения системы мастер-уравнений по координатам заря довой и массовой асимметрий и зависит от потенциальной энергии соответствующей конфигурации ДЯС, а также от термодинамической температуры системы. Вероятность распада ДЯС по R вычисляется методом переходного состояния. Она зависит от термодинамической температуры ДЯС и от разницы потенциальных энергий соответству ющей конфигурации ДЯС в точке касания и на барьере. Барьеры эмис сии сложных фрагментов вычисляются с помощью потенциала двой ной свертки с эффективным нуклон-нуклонным взаимодействием, за висящим от плотности ядер. Обсуждается вклад процессов полного слияния и квазиделения в сечения образования сложных фрагментов.

Доминирующий механизм (слияние-деление или квазиделение) кла стерного распада зависит от углового момента системы, асимметрии во входном канале, N/Z-отношения и энергии возбуждения системы.

Приводятся примеры управляющих потенциалов. Рассмотрены асим метричные ядерные реакции 78,86 Kr + 12 C, 93 Nb + 9 Be, в которых до минирует процесс слияния-деления. В более симметричных реакциях 78,82 Kr + 40 Cа при энергии 5.5 МэВ/нуклон сложные фрагменты об разуются в основном из-за процесса квазиделения (рис. 3). Вклад про Рис. 3: Расчетные зарядо вые распределения продук 82 Kr+ Ca тов реакций 78 Kr+ 40 Ca Z (мб) (нижняя часть) и 82 Kr+ Ca (верхняя часть) при Elab =5.5 МэВ/нуклон. Рас 10 четные результаты при мак симальных угловых момен тах Jmax = 65 в реакции - 10 Kr+ 40 Ca и Jmax = 67 в ре 5 10 15 20 25 акции 82 Kr+ 40 Ca представ Z 10 лены пунктирными линия ми. Темными квадратами по 78 Kr+ Ca Z (мб) казаны экспериментальные 10 данные.

- 5 10 15 20 25 Z цесса квазиделения в сечение образования кластеров увеличивается с ростом углового момента, внесенного в систему во входном канале. По аналогии с явлением фазового перехода, можно сказать, что угловой момент системы играет роль управляющего параметра, который опре деляет механизм эмиссии сложных фрагментов. Наша модель хорошо описывает и предсказывает зарядовые распределения конечных про дуктов распада и соответственно четно-нечетные эффекты в этих рас пределениях. Предсказанная зависимость сечений бинарного распада от изотопического состава составного ядра коррелирует с изотопиче ской зависимостью Q-значения. Барьеры эмиссии сложных фрагмен тов уменьшаются, когда возбужденное составное ядро является более нейтронно-дефицитным. Поэтому выходы сложных фрагментов рас тут с уменьшением N/Z отношения системы.

Во втором разделе на основе предложенной модели разработан но вый метод расчета сечений испарительных остатков в реакциях пол ного слияния с учетом кластерных каналов распада. Рассматривает ся эмиссия тяжелых кластеров, таких как 12,14 C, 15 N, 16,18 O, 20,22 Ne и т.д., из возбужденных актинидов. В отличие от распада возбужденных ядер промежуточных масс, в процессе распада возбужденного тяжело го ядра не устанавливается полное статистическое равновесие по коор динатам зарядовой и массовой асимметрий. Поэтому предлагается но вый метод расчета сечений сложных фрагментов и соответственно ис парительных остатков. Если время вылета нейтрона намного больше, чем время передачи нуклонов между ядрами в асимметричных кон фигурациях ДЯС, то можно предположить, что статистическое ква зиравновесие устанавливается в асимметричных конфигурациях ДЯС до точки Бусинаро-Галлоне, поскольку в этих конфигурациях барьер квазиделения по координате относительного расстояния является до статочно большим. В таком подходе вероятность достижения точки Бусинаро-Галлоне определяет вероятность перехода системы в сим метричные конфигурации ДЯС, что ведет к процессу деления. После образования асимметричных конфигураций ДЯС, они могут распа даться путем тепловой диффузии через кулоновский барьер. Кана лы эмиссии легких частиц, эмиссии кластеров (распад асимметричной ДЯС) и деления (перевал системы через точку Бусинаро-Галлоне) кон курируют друг с другом. Таким образом, вероятности эмиссии легких частиц, тяжелых кластеров и деления описываются единым образом.

Приводятся сравнения расчетных результатов с экспериментальными данными и обсуждаются возможные каналы образования конкретных ядер остатков. Предсказания модели сечений образования ядер остат ков оказались в хорошем согласии с соответствующими эксперимен тальными данными. Показано, что при определенных энергиях воз буждения составного ядра, кластерный канал является доминирую щим в образовании ядер остатков с Z ZCN 6 (ZCN - зарядовое число составного ядра). С ростом энергии возбуждения вклад от ка налов эмиссии легких частиц в сечения образования ядер остатков увеличивается.

В первом разделе главы 3 проанализирована возможность полу чения нейтронно-избыточных изотопов 24,26 O, 32 Ne, 36,38 Mg, 42 Si и 56,58,60 Ca в реакциях многонуклонных передач. Предложены опти Рис. 4: Ожидаемые 48 A сечения образова Ca+ X ния 56 Ca (светлые кружки) и 58 Ca (темные круж ки) в реакциях с пучками 48 Ca Cm и указанными Z,N (pb) ядрами-мишенями U как функции Th массового чис ла ядра-мишени.

Значения Ec.m.

соответствуют по 10 рогам нейтронной Au эмиссии 56,58 Ca.

Sn 120 140 160 180 200 220 240 A мальные условия их получения. Показано, что поскольку сечения об разования нейтронно-избыточных изотопов Са увеличиваются с ро стом зарядового (массового) числа ядра-мишени в реакциях передач с пучками 48 Ca, реакции с актинидными мишенями являются опти мальными (рис. 4).

Во втором разделе показаны возможности получе 52,54,56,58,60 Ca ния нейтронно-избыточных изотопов в буду щих экспериментах с реакциями многонуклонных передач 86,90,92,94 Kr,130,132,134 Sn,136,140,142,146 Xe,138,144,146 Ba+48 Ca со стабильны ми и радиоактивными пучками. Результаты вычислений показывают, что сечения образования нейтронно-избыточных ядер 52,54,56,58,60 Ca в реакциях со стабильными пучками меньше, чем в соответствующих реакциях с радиоактивными пучками. Можно прийти к заключе нию, что сечения образования нейтронно-избыточных изотопов Cа увеличиваются (приблизительно на фактор 2 - 10 на 2 дополнитель ные массовые единицы ядра-снаряда) до некоторого максимального значения с ростом массового числа радиоактивного ядра-снаряда в реакциях передачи с ядром-мишенью 48 Ca. Увеличивая массу ядра-снаряда, можно минимизировать значение Q для получения определенных изотопов вблизи границы стабильности.

Показаны возможности получения новых нейтронно-избыточных изотопов 138,140,142 Sn и 148,150,152 Xe в реакциях многонуклонных пере дач 132,134 Sn+48 Ca and 142,144 Xe+48 Ca. Сечения образования этих изо топов колеблются в интервале между нанобарн и пикобарн.

В третьем разделе впервые продемонстрирована возможность по лучения нейтронно-избыточных изотопов в реакциях многонуклонных передач 48 Ca+181 Ta при энергиях 64 МэВ/нуклон и 140 МэВ/нуклон, и 48 Ca+nat W при энергии 142 МэВ/нуклон. Мы предполагаем, что ре акции при промежуточных энергиях и больших угловых моментах остаются бинарными. Динамику бинарного глубоконеупругого про цесса рассматриваем как диффузионную многонуклонную передачу между взаимодействующими ядрами при периферийных столкнове ниях, когда энергия возбуждения полученного экзотического изотопа ниже, чем энергетический порог для нейтронной эмиссии. Расчетные результаты показывают, что Qgg -значение и узкий интервал угловых моментов во входном канале влияют на сечение образования. Сравне ние наших расчетных результатов с известными экспериментальными данными показало реалистичность предложенного механизма реакции для образования нейтронно-избыточных изотопов при промежуточ ных энергиях. Показано, что бинарные процессы многонуклонных пе редач дают основной вклад в образование экзотических изотопов при промежуточных энергиях.

В главе 4 построена новая модель кластерного распада. Волновая функция материнского ядра представлена в виде суперпозиции двой ных ядерных систем и моноядра. Для расчета спектроскопического фактора решается уравнение Шредингера по переменной зарядовой асимметрии. Дается аналитический вывод ширины распада с учетом переноса орбитального момента. Детально исследуется роль фактора запрета на перенос орбитального момента. Показано, что учет окту польной деформации дочернего ядра снимает запрет на перенос нечет ных орбитальных моментов. Представлен метод вычисления КР сла бовозбужденных ядер.

Предложенная модель применима к описанию -распада и КР. По Рис. 5: Зависимости log10 (T1/2 ) от Q1/2 для -распадов изотопов Po (квадраты) и Rn (круги). Экспериментально измеренные и вы численные в рамках модели периоды полураспада представлены тем ными и светлыми символами соответственно. Закон Гейгера-Неттола log10 (T1/2 ) = 141.43789Q1/2 53.99743 для -распадов изотопов Po пред ставлен прямой линией.

казаны результаты вычислений периодов полураспада T1/2 изотопных цепочек Po и Rn. Обсуждаются возможные причины отклонения T1/ от закона Гейгера-Неттола для нейтронно-дефицитных Po и Rn (рис.

5). Приведены расчеты тонкой структуры -распада изотопов Th и U. Вычислены спектроскопические факторы и периоды полураспада Таблица 2: Сравнение экспериментально измеренных периодов полураспада ex T1/2 с теоретическими T1/2. Q — энергия реакции.

A Ax + Af ex Q, МэВ T1/2, с T1/2, с 222 Ra 14 C + 208 Pb 1.7 1011 2.3 33. 228 Th 20 O + 208 Pb 5.4 1020 5.1 44. 232 U 24 Ne + 208 Pb 2.5 1020 2.7 62. 234 U 26 Ne + 208 Pb 1.2 1025 2.1 59. 236 U 30 Mg + 206 Hg 3.8 1027 8.3 72. 236 Pu 28 Mg + 208 Pb 3.5 1021 3.4 79. 238 Pu 32 Si + 206 Hg 1.9 1025 1.1 91. 242 Cm 34 Si + 208 Pb 1.4 1023 4.8 96. для областей ”свинцовой” (табл. 2) и ”оловянной” КР. Изучена тонкая структура КР 223 Ra14 C+209 Pb.

В первом разделе главы 5 кластерный подход применен к опи санию процесса распада СД ираст состояний ядер 190,192,194 Hg и 192,194,196 Pb. Мы предполагаем, что сильнодеформированные состоя ния имеют кластерную природу и образованы за счет коллективно го движения ядерной системы по координате зарядовой асимметрии.

Ираст СД и нормальнодеформированные (НД) полосы связаны с 8 Be конфигурацией (или две альфа-частицы на противоположных сторо нах тяжелого кластера) и -кластерной конфигурации соответствен но. Внезапная остановка распада СД полосы происходит через входное НД состояние. В нашем случае входное НД состояние - ”хвост” волно вой функции нулевых колебаний в СД минимуме. Волновая функция вычислена на основе решения уравнения Шредингера по координа те зарядовой асимметрии. При больших энергиях возбуждения в НД яме, входное НД состояние распределено среди высоковозбужденных состояний составного ядра, что приводит к большой ширине входного состояния. Наш анализ показывает, что внезапная остановка распада СД полосы имеет место при пересечении СД полосы с самой ближай шей соседней возбужденной НД полосой, когда вес входного НД со стояния сильно возрастает, хотя остается относительно малым. Распад происходит из-за большой ширины входного состояния относительно ширины распада внутри СД полосы. Кластерный подход дает хорошее описание спектров и распада ираст СД полос в массовой области (рис. 6 и 7).

Во втором разделе гипердеформированные (ГД) состояния описа ны в виде квазимолекулярных дикластерных конфигураций. Если ГД состояния являются кластерными состояниями, то их образование и распад можно представить в виде трехступенчатого процесса: 1) фор мирование холодного (внутренняя энергия системы равна нулю) ДЯС с высоким спином и довольно долгим временем жизни во входном ка нале реакции с тяжелыми ионами;

2) эмиссия вращательных -квантов этой сильнодеформированной системы;

3) распад этой ДЯС во вход ной неупругий канал или в канал нуклонных передач. Шаги 1) и 3) в основном управляются кулоновским барьером, центробежным потен циалом и энергией возбуждения ДЯС. ГД состояния могут быть прямо Рис. 6:

+ + 20 Экспериментальные Hg 8 + + (exp.) и вычисленные + + 16+ 16+ 14+ (th.) энергии основ 14+ 7 12+ 12+ ной НД полосы и 10+ 10+ 8+ первой СД полосы 6+ 6 4+ (SD-1) для 194 Hg.

SD-1, th. 0+ SD-1, exp.

5 + (20 ) 20 - (19 ) E (MeV) - + (18 ) 18 - (17 ) (16 -) 4 + 16 (15 ) (14 ) + 14 13 (12 ) + 3 - + (10 ) 10 + + 9- 8 2 + 7 + 6 6 + 4 + 1 + + + + 0 0 ND, exp. ND, exp. ND, th.

ND, th.

1.0 Рис. 7: Расчетная (круги) веро Hg ятность Pout распада СД состо 0. яния на НД состояние как функ 0. ция спина I для различных изо 0. топов ртути. Квадраты - экспе риментальные данные.

0. Pout 0. Hg 0. 0. 0. 0. 0. 10 12 1. Hg 0. 0. Pout 0. 0. 0. 14 16 I - Рис. 8: Вероятности выживания 10 Ca+Act. составных ядер в 3n- и 4n Pu Am каналах, извлеченные из экспе - Cm exp риментальных xn (ЛЯР, Дуб Pu W4n на), как функции массового чис - U ла составного ядра. Для реак ции 48 Ca+238 U эксперименталь exp - ное 3n (GSI, Дармштадт) также использовано.

- 284 286 288 290 292 294 296 Cf - Ca+Act.

Cm Am Cm - Np Pu W3n U - Pu GSI - 284 286 288 290 292 294 296 A заселены во входном канале реакций с тяжелыми ионами. Оптималь ные партнеры реакции, их энергии столкновения и угловые моменты выбраны так, чтобы обнаружить эти ГД ядра. Предложен новый ме тод идентификации заселенных ГД состояний: измерение гамма- пе реходов между ГД состояниями в совпадении с двумя фрагментами распада ГД ядра.

В первом разделе главы 6 обсуждается стабильность сверхтяже лых ядер, образованных в реакциях полного слияния с актинидными мишенями. Показано поведение вероятности выживания СТЭ с уве личением атомного номера Z, используя экспериментальные сечения испарительных остатков и вычисленные с помощью кластерной моде ли сечения полного слияния (рис. 8). Наше исследование дает указание на значение Z 120 для сферической замкнутой протонной оболочки, следующей после Z = 82.

Во втором разделе изучаются высокоспиновые изомерные состоя ния в сверхтяжелых ядрах. Оболочечная структура ядер около основ ного состояния описана с помощью модифицированной двухцентро вой оболочечной модели (TCSM). Зеркально-симметричная парамет ризация формы ядра, используемая нами, эффективно включает все четные мультипольности. Зависимость параметров при ls и l2 от A и N Z модифицирована для корректного описания спина и четности основного состояния известных нечетных актинидов. Показано, что модифицированная TCSM подходит для описания структуры тяже лых и сверхтяжелых ядер и предсказания изотопических тенденций изомерных состояний. Ядра 248,252 Fm, 256 No, and 262 Sg, которые мо гут быть получены в реакциях 20 Ne+232 Th, 12 C+248 Cm, 22 Ne+238 U, and 18 O+249 Cf, являются хорошие кандидатами для изучения низко лежащих K-изомеров. Изотопическая зависимость двухквазичастич ных изомерных состояний ядер Fm и No изучена для будущих экс периментов. Предложен эксперимент по поиску спонтанного деления из K-изомерное состояния 6+ в ядре 252 Rf. Некоторые вычисленные -распады из изомерных состояний ядра 270 Ds связываются с изме ренными распадами. Знание мод - и -распадов из K-изомера важно для корректной идентификации сверхтяжелых ядер. Предложено экс периментально обнаружить -распадные цепочки 264 Hs260 Sg256 Rf через 8 изомерные состояния (рис. 9). Рассмотрено заселение изо мерных состояний в испарительных остатках. Например, в реакции 58 Fe+207 Pb 8 изомерное состояние ядра 264 Hs можно заселить с сече нием 0.25ER.

В третьем разделе в рамках модифицированной TCSM изучены изотопические зависимости одноквазичастичных состояний в тяже лых и сверхтяжелых ядрах. На основе наших вычислений предло жены одноквазипротонные спектры ядер 243,245,247,249,251,253,255,257 Md, 243,245,247,249,251,253,255 Es, 253,255 Lr, 257 Db, 261 Bh, 265 Mt, и 269 Rg. Как и изотоническая зависимость для четных-Z ядер, изотопическая зави симость энергии одноквазичастичных состояний ядер Md и Es явля ется довольно гладкой. Для ядер 257 Db и 253,255 Lr спектры одноква зичастичных состояний сжаты около основных состояний. Вычисле ния предсказывают четыре близко расположенных одноквазипртон ных состояния ниже энергии возбуждения 80 кэВ. Мы не наблюдаем расчетных уровней в интервале от 0.1 до (0.5-0.7) МэВ. Эта щель, ве + Рис. 9: Расчетные 1.5 энергии низколежа + + 8 6 + щих двухквазича + 7 стичных состояний + 8 1.4 7 в указанных яд + 4 7 + + рах -распадной 8 + + 4 цепочки 268 Ds. Рас 8 5 четные значения 1.3 5 + Eµ (MeV) Q сравниваются с существующими экс периментальными 1.2 данными. Возмож + 7 ный -распад из + изомерного состо яния в изомерное 1. состояние отмечен штриховой линией.

1. 0. + 0g.s.

0.0 248 252 256 260 264 Fm No Rf Sg Hs Ds Q=8.4 9.0 9.81 10.53 11.8 MeV exp Q =8.55 8.93 9.92 10.59 MeV роятно, связана с параметрами деформации, возникающими из-за за мкнутой нейтронной подоболочки N =152. Для ядер 253,255 Lr основное состояние 9/2+ [624] и первое возбужденное состояние 7/2 [514] очень близки по энергии. Из-за этого квазивырожденная 7/2 [514] конфи гурация может быть изомерным состоянием. Показана возможность наблюдения -распадов из одноквазипротонных изомерных состояний 3/2 [512] и 1/2 [510] ядер 269 Rg и 265 Mt соответственно. Предсказана -распадная цепочка 269 Rg265 Mt261 Bh через изомерные состояния.

Эти изомеры до сих пор не обсуждались в литературе. Показано, что -распады изотопов Md из изомерных состояний 1/2 - маловероят ны. Обсуждено заселение одноквазичастичных изомерных состояний в реакциях полного слияния.

В первом разделе главы 7 представлен аналитический вывод обоб щенной формулы Крамерса для квазистационарной скорости распада открытых квантовых метастабильных систем. На основе численных расчетов показана точность этой формулы для различных барьеров и температурных режимов. Решая мастер-уравнение для приведен ной матрицы плотности открытых квантовых систем, изучено влияние трения и коэффициентов диффузии на вероятность проникновения че рез потенциальный барьер. Формализм применен к описанию двойных ядерных систем.

Во втором разделе получено аналитическое выражение для про пагатора матрицы плотности открытой квантовой системы с общим квадратичным гамильтонианом и связанной линейно (по координа те и импульсу) с внутренними степенями свободы. Диагональные и недиагональные элементы с временной зависимостью матрицы плот ности в координатном представлении были вычислены как функции различных наборов транспортных коэффициентов для потенциала пе ревернутого осциллятора и потенциала с двумя минимумами, которые могут быть применены к описанию процессов деления, квазиделения и слияния. Для времен, представляющих интерес при столкновении тя желых ионов вблизи кулоновского барьера, матрица плотности прак тически диагональная, что показывает возможность использования полуклассических методов. С квантовыми коэффициентами диффу зии декогеренция увеличивается медленнее, чем в классическом слу чае. Следствием этого является большая проницаемость потенциаль ного барьера в квантовом рассмотрении.

Используя мастер-уравнение Линдблада общего вида для описа ния открытых квантовых систем, показано влияние коэффициентов трения и диффузии на процесс туннелирования. Найдены конкрет ные примеры, когда диссипация способствует проникновению через барьер. Показано, что туннелирование очень чувствительно к коэф фициенту диффузии по координате. Если операторы среды приводят к ненулевому коэффициенту трения по координате, то взаимодействие со средой повторно перенормирует потенциальный барьер, уменьшает скорость диссипации и увеличивает вероятность туннелирования.

В третьем разделе последней главы формализм приведенной мат рицы плотности применен для описания процесса захвата налетаю щего ядра ядром-мишенью. Найдены оптимальные значения энергии налетающего ядра, приводящие к максимальным значениям вероят ности захвата при разных значениях коэффициента трения и углово го момента системы. Не обнаружен эффект L–окна, предсказанный в классических моделях без учета статистических флуктуаций. Изучена роль статической деформации ядра-мишени или налетающего ядра в процессе захвата при энергии Ec.m. ниже эффективного кулоновского барьера для сферических ядер. С учетом вероятности захвата, полу чено достаточно хорошее описание сечений испарительных остатков в реакциях слияния при подбарьерных энергиях.

B Заключении сформулированы основные результаты представ ляемой диссертации.

Результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в следующих работах:

1. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Tunneling with dissipation in open quantum systems, Phys. Lett. A 244 (1998) 482– 488.

2. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Diusion coecients in coordinate in density matrix description of non-equilibrium quantum processes, Phys. Lett. A 260 (1999) 39–45.

3. Yu.V. Palchikov, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Eect of transport coecients on the time-dependence of density matrix, J.

Phys. A: Math. Gen. 33 (2000) 4265–4276.

4. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, N. Neno, W. Scheid, How to observe hyperdeformed states populated in heavy ion reactions, Phys.

Rev. C 64 (2001) 014306 (5 pages).

5. Yu.V. Palchikov, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Generalization of Kramers formula for open quantum systems, Physica A 316 (2002) 297–313.

6. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Characteristics of quasission products within dinuclear system model, Phys. Rev. C 68 (2003) 034601 (17 pages).

7. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, R.V. Jolos, Yu.V. Palchikov, W.

Scheid, T.M. Shneidman, Decay out of superdeformed bands in the mass region A 190 within a cluster approach, Phys. Rev. C (2004) 054310 (11 pages).

8. G.G. Adamian G.G., N.V. Antonenko N.V., A.S. Zubov, Production of unknown transactinides in asymmetry-exit-channel quasission reactions, Phys. Rev. C 71 (2005) 034603 (4 pages).

9. Yu.E. Penionzhkevich, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, Towards neutron drip line via transfer-type reactions, Phys. Lett. B 621 (2005) 119–125.

10. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, Transfer-type products accompanying cold fusion reactions, Phys. Rev. C 72 (2005) 064617 (4 pages).

11. Yu.E. Penionzhkevich, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, Production of neutron-rich Ca isotopes in transfer-type reactions, Eur. Phys. J.

A 27 (2006) 187–190.

12. С.Н. Куклин, Г.Г. Адамян, Н.В. Антоненко, Спектроскопические факторы в модели двойной ядерной системы, ЯФ 71 (2008) 1788– 1799.

13. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, S.M. Lukyanov, Yu.E.

Penionzhkevich, Possibility of production of neutron-rich isotopes in transfer-type reactions at intermediate energies, Phys. Rev. C (2008) 024613 (5 pages).

14. В.В. Саргсян, А.С. Зубов, З. Каноков, Г.Г. Адамян, Н.В. Антонен ко, Квантовомеханическое описание начальной стадии реакции слияния, ЯФ 72 (2009) 459–472.

15. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, V.V. Sargsyan, Stability of superheavy nuclei produced in actinide-based complete fusion reactions: Evidence for the next magic proton number at Z 120, Phys. Rev. C 79 (2009) 054608 (5 pages).

16. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, High-spin isomers in some of the heaviest nuclei: Spectra, decays, and population, Phys.

Rev. C 81 (2010) 024320 (7 pages).

17. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, V.V. Sargsyan, W. Scheid, Possibility of production of neutron-rich Zn and Ge isotopes in multinucleon transfer reactions at low energies, Phys. Rev. C (2010) 024604 (4 pages).

18. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, V.V. Sargsyan, W. Scheid, Predicted yields of new neutron-rich isotopes of nuclei with Z=64–80 in the multinucleon transfer reaction 48 Ca+238 U, Phys. Rev. C 81 (2010) 057602 (4 pages).

19. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, V.V. Sargsyan, W. Scheid, A.S.

Zubov, Transfer-induced ssion of superheavy nuclei, Phys. Rev. C 82 (2010) 017601 (3 pages).

20. Sh.A. Kalandarov, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Emission of charged particles from excited compound nuclei, Phys.

Rev. C 82 (2010) 044603 (12 pages).

21. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, S.N. Kuklin, W. Scheid, One quasiparticle states in odd-Z heavy nuclei, Phys. Rev. C 82 (2010) 054304 (9 pages).

22. G.G. Adamian, N.V. Antonenko, D. Lacroix, Production of neutron rich Ca, Sn, and Xe isotopes in transfer-type reactions with radioactive beams, Phys. Rev. C 82 (2010) 064611 (5 pages).

23. Sh.A. Kalandarov, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, Role of angular momentum in the production of complex fragments in fusion and quasission reactions, Phys. Rev. C 83 (2011) (8 pages).

24. Sh.A. Kalandarov, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, W. Scheid, S.

Heinz, V. Comas, S. Hofmann, J. Khuyagbaatar, D. Ackermann, J.

Heredia, F.P. Heberger, B. Kindler, B. Lommel, R. Mann, Emission of clusters with Z 2 from excited actinide nuclei, Phys. Rev. C (2011) 054607 (11 pages).

25. S.N. Kuklin, T.M. Shneidman, G.G. Adamian, N.V. Antonenko, Alpha-decay ne structures of U isotopes and systematics for isotopic chains of Po and Rn, Eur. Phys. J. A 48 (2012) 112 (11 pages).



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.