Бета-распад нейтронно-избыточных ядер и астрофизический нуклеосинтез

• Автор: Борзов, Иван Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 238 с. : ил.

1 Основные состояния и спин-изоспиновые возбуждения атомных ядер

1.1 Микроскопическое описание /3-силовой функции в атомных ядрах

1.2 Основные состояния сверхтекучих ядер в самосогласованном подходе

1.3 Зарядово-обменные возбуждения ядер в EDF+CQRPA

1.4 Микроскопическое описание переходов первого запрета

1.5 Микроскопическая модель захвата электронных нейтрино атомными ядрами

2 Основные состояния нейтронно-избыточных ядер

2.1 Функционал плотности DF3 и свойства нейтронно-избыточных ядер

2.2 Массовая формула ETFSI-2 и свойства нейтронно-избыточных ядер

2.3 Новая параметризация взаимодействия Скирма - SkSC17

3 Спин-изоспиновые возбуждения и эффективное .А/У-взаимодействие

3.1 GT силовые функции в области Fe-Ni
3.2 Спектры реакций (р,л), (п,р) при энергии Ер=300 МэВ
3.3 Спектры реакций (р,п) при Ер=22,5 МэВ
3.4 /3+-распад нейтронно-дефицитных ядер
4 Расчеты скоростей процессов слабого взаимодействия в атомных ядрах
4.1 Периоды /3-распада в ETFSI+CQRPA подходе
4.2 Гамов-Теллеровские и запрещенные распады ядер вблизи А=50,80,126
4.3 Сечения захвата электронных нейтрино из Сверхновых
5 Микроскопические ядерные данные и расчеты нуклеосинтеза элементов
в Сверхновых II типа
5.1 Основные характеристики г-процесса нуклеосинтеза
5.2 Влияние периодов ,5-распада на производство элементов в г-процессе
5.3 Синтез редкого нуклида 138La в р-процессе

Актуальность темы. Программы развития современных ускорителей радиоактивных ионов (GSI, MAFF, RIKEN, RIA) предусматривают существенное расширение возможностей синтеза ядер, удаленных от долины ,0-стабильности. Продвижение в новые области ядерной terra incognita стимулирует теоретические исследования ядерных систем с необычным нуклон-ным составом: от нейтронных звезд - до атомных ядер с сильной нейтрон-протонной асимметрией (N/Z 1 и < 1). Фундаментальный аспект проблемы связан с изучением эволюции структуры ядра с ростом квантового числа изоспина, что требует развития- самосогласованных подходов в теории систем многих тел. В ядерно-астрофизических приложениях важна надежная теоретическая экстраполяция ядерных данных в экспериментально недоступные области ядерной карты. Для ядерно-технологических приложений, в частности, для разработки электроядерных систем трансмутации высокоактивных нуклидов также необходимы сечения реакций на ядрах, достаточно удаленных от стабильности. Исследования в этих направлениях несомненно актуальны и представляют одну из ’’точек роста” современной ядерной физики.
Существующая на фундаментальном уровне связь слабых ядерных процессов с нуклеосинтезом элементов, сопровождающем коллапс массивных звезд, обусловливает астрофизический аспект исследований ядер с сильной нейтрон-протонной асимметрией. Измерения и теоретические предсказания масс и /3-распадных характеристик нуклидов вблизи /^-нестабильных дважды-магических ядер (78Ni, 132Sn) исключительно важны для решения проблемы r-процесса (быстрого астрофизического нуклеосинтеза), от-

ветственного за образование более половины тяжелых ядер, известных в природе. Аналогичные характеристики нейтронно-дефицитных дважды-магических ядер (48№, 1008п), по-видимому, связаны с астрофизическими условиями быстрого гр-процесса в Сверхновых II типа. Для объяснения образования редких элементов в р-процессе также важен учет реакций слабого взаимодействия: неупругого рассеяния нейтрино за счет нейтральных токов и захвата электронных нейтрино за счет электрослабых заряженных токов. Ценную информацию могут дать новые эксперименты на стабильных нейтронно-избыточных ядрах. Так, для ядра 208РЬ прецизионные измерения среднеквадратичных радиусов распределения заряда и материи в реакции несохраняющего четность рассеяния электронов позволяют извлечь энергию симметрии ядерной материи при высоких плотностях и определить уравнение состояния и радиус нейтронных звезд.
Предсказание деталей эволюции ядерных оболочек с ростом изоспина требует выхода за рамки стандартных подходов. Феноменологические и полумикроскопические ядерные модели, использовавшиеся для расчетов вблизи линии /3-стабильности и опиравшиеся на эмпирические потенциалы среднего поля и спаривания, не дают надежной экстраполяции в области высокой изотопической асимметрии. Строгое соотношение между самосогласованным полем и зависящим от плотности эффективным взаимодействием в конечных ферми-системах, удерживаемых внутренними силами [1, 2, 3], позволяет описать переход от стабильных к бета-нестабильным ядрам, а в предельном случае к слабо связанным системам вблизи линий нуклонной нестабильности.
Наиболее сложны для описания слабо связанные ядра вблизи границы нейтронной неустойчивости, в которых экспериментально наблюдаются необычные топологии распределения ядерной плотности (ядерное ”гало”), и
ствие может быть определено независимо от исходного функционала [31]. Формально подход становится не полностью самосогласованным, но, как оказывается, это слабо влияет на свойства основных состояний и спин-изоспиновых возбуждений. Это дает преимущество использования универсального спин-изоспинового ]У]У-взаимодействия ТКФС, хорошо описывающего магнитные свойства ядер и их спиновые функции отклика [1, 104, 105]. В рамках ЕБР+Сф11РА подхода константа Ландау-Мигдала для такого взаимодействия определяется из энергетического положения СТЛ в ядре 208РЬ и оказывается близкой к эмпирическому значению. Таким образом, ценой введения одной константы д', перенормированной по отношению к д'8к, оказывается возможным универсальным образом описать вТ силовую функцию в широкой области ядер.
Зарядово-обменное эффективное А^-взаимодействие в канале частица-дырка
Зарядово-обменное ]У1Г-взаимодействие в канале рЬ может быть представлено в виде суммы изоспинового и спин-изоспинового членов Т“ = Р" + Рфг. Слагаемое Рф в принципе может быть получено как вторая вариация функционала плотности по отношению к изовекторной плотности [106], но для Т“г такого соотношения уже нет. В рамках частично согласованного метода возможно для зарядово-обменных возбуждений натуральной четности использовать дополнительное условие согласования, восстанавливающее нарушенную изоспиновую симметрию [104]. Оно связывает потенциал симметрии с зависящим от плотности эффективным взаимодействием РС = р1 - Р1^ = - Епр:
0^(Г12) + аги(гп) + р+(~ ~^2)6(гп) . (1.29)