Реакции с тяжелыми ионами предоставляют уникальную возможность получить ядра вблизи границ стабильности и проникнуть в область химических элементов второй сотни. В курсе рассматриваются основы физики тяжелых ионов, а также современные тенденции в исследовании ядерных реакций. Предметом курса является одно из новых направлений ядерной физики — физика тяжелых ионов, занимающаяся исследованием ядерных реакций, переходом одних ядер в другие, синтезом новых ядер. Физика тяжелых ионов позволяет изучать коллективные ядерные процессы, характеризуемые предельно большими изменениями ядерной формы, сильным перераспределением энергии между различными степенями свободы систем. Дана классификация ядерных реакций с тяжелыми ионами и их анализ с точки зрения новых изотопов у границ ядерной стабильности. Рассматриваются возможности современных ускорителей для синтеза ядер с использованием ядерных реакций с тяжелыми ионами. На примерах показана связь исследований в области физики тяжелых ионов с прикладными исследованиями: ядерная медицина, радиационная физика твердого тела. Отдельный модуль курса посвящен вопросам истории образования Вселенной с точки зрения физики элементарных частиц, ядерной физики. Обсуждается проблема нуклеосинтеза и непосредственная связь ядерно-физических экспериментов, с астрофизическими явлениями.
Мультинейтронные системы. Современные эксперименты
Loading...
來自 National Research Nuclear University MEPhI 的課程
Физика тяжелых ионов
個評分
與講師見面
Пенионжкевич Юрий ЭрастовичДоктор физико-математических наук
Кафедра экспериментальных методов ядерной физики
Как двигаться дальше?
В реакциях, к сожалению, которые используются, имеются
большие энергии бомбардирующих ионов, соответственно,
получаются большие энергии возбуждения
образующихся продуктов.
И, конечно, слабо связанный продукт может разваливаться,
может испускать не нейтроны, в результате,
не создавая какую-то стабильную конфигурацию
в результате вот этой высокой энергии возбуждения.
Появились идеи, а нельзя ли использовать более низкую энергию
для создания оптимальных условий
для обнаружения вот этих мультинейтронных систем?
Вот на этом слайде показана вероятность распадов
таких нейтронно избыточных ядер, то есть ядер, содержащих
кроме кора дополнительные нейтроны (2, 3, 4)
в своем образовании, которые могут после β-распада
испытывать мультинейтронный распад.
Вот видите, бериллий-14 может испытывать
двух-, трехнейтронный распад (это третья колонка
этой таблицы показывает),
бор-17 может испытывать двух-, трех-
и четырехнейтронный распад и т. д.
Так вот, сейчас создаются методики, и созданы методики,
в которых, используя пучки опять
радиоактивных вторичных ядер, типа литий–11,
бериллий-14, бор-17, получают и изучают
распады этих ядер после вылета β-частицы,
холодные ядра с малой энергией возбуждения.
Вот пример такой установки.
Это 4π нейтронный детектор,
так называемая установка Тетра,
ее название говорит о том, что задачи этой установки
найти тетранейтрон, то есть систему,
состоящую из четырех нейтронов.
У нее довольно высокая эффективность.
Это гелий–3
счетчики, которые позволяют регистрировать нейтроны.
И система, состоящая из 90 гелий–3 счетчиков
позволяет измерять корреляцию между нейтронами,
таким образом говорить
об источнике испускания этих нейтронов.
Если вдруг экспериментатор обнаружит,
что эти четыре нейтрона скоррелированы
и в близком угле вылетают,
это свидетельствовать будет о том, что в принципе
тоже есть системы из четырех нейтронов.
Вот это эксперименты, которые сейчас начинают
развиваться во многих центрах,
обладающими пучками нейтронно избыточных ядер,
пучками радиоактивных ядер с избытком нейтронов.
Теперь, я сказал о missing mass методе.
Используют инвариантный метод, то есть метод,
когда, вот, например, реакция: вы видите
тритий плюс тритий вылетает протон,
образуется H5, тоже интересный тем, что
мы имеем только протон, дейтрон и тритон (тритий).
H4, H5 в природе нет,
в виде радиоактивных ядер не проявляется.
Он проявляется в виде резонанса, например, в такой реакции.
В этом случае это вот инвариантный метод,
мы измеряем все продукты.
H5 в свою очередь разваливается с вылетом
трития и протонов, мы регистрируем все продукты.
В выходном канале реакции тритий, два протона,
и делаем из полной кинематики,
мы определяем массу и состояние той частицы искомой,
из которой они вылетели.
Вот такой эксперимент был проведен в Дубне,
и вы видите, что для водорода четвертого
наблюдался некий резонанс, на основе чего
был сделан вывод о его стабильности.
Для шестого мы тоже наблюдали резонанс.
И вот инвариантным методом
наблюдалось два резонанса в водороде пятом.
Вот это инвариантный метод,
использующий пучок опять радиоактивных ядер гелий–6.
Таким же образом были сделаны попытки наблюдать
водород–6, гелий–9.
Вы видите, гелий–9 в реакциях —
это система, которая живет 10 в -21 секунды,
имеет два протона и 7 нейтронов,
то есть, близко к нейтронным ядрам.
И эта система в виде резонанса,
вот мы видим здесь на спектре сопряженных масс
для гелия–9, целую систему уровней,
целую систему резонансов.
Не просто ядро, или ядерная система корректней сказать,
которая живет какое-то время 10 в -21,
потом распадается, но система, которая проявляет
свойства как ядра,
оно имеет определенные энергетические уровни,
определенные энергетические состояния,
и мы спокойно делаем выводы о том,
что такая ядерная система существует.
Ну вот для гелия–10, это совсем экзотическое ядро,
2 протона, 8 нейтронов,
но между тем, и оно наблюдалось в виде резонансного состояния
в Германии в наших совместных экспериментах
Дубна — Гайнмахер института, и в Ригеле.
Хотя статистика не очень большая
и эксперименты в этом направлении будут продолжены.
Мы хотим получить информацию
о стабильности более тяжелых ядер.
Гелий–10 — это 2 протона, 8 нейтронов,
а гелий–12 — 2 протона, 10 нейтронов.
Стабильность их будет увеличиваться или уменьшаться?
Вот внизу эта картиночка, которую я уже показывал.
Отсюда видно, что до гелия–10
энергия связи нейтронов ядер не катастрофически уменьшается,
то есть она где-то меняется незначительно
вблизи нулевой энергии связи нейтрона.
Поэтому чрезвычайно интересно пройти дальше
в область большего нейтронного избытка.
Это задача физики тяжелых ионов,
задача физики радиоактивных пучков на ближайшее время.
