Синтез новых элементов 113 и 115 в реакции 243Am + 48Ca, исследование образования и радиоактивных свойств изотопов 287115 и 288115 и их дочерних ядер

• Автор: Утенков, Владимир Климентьевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 91 с. : ил.

Содержание.
Введение.

0.1 Границы существования наиболее тяжелых ядер.

0.2 Реакции синтеза ядер.

0.3 Идентификация новых ядер.

0.4 Обнаружение области сверхтяжелых элементов.

Г лава 1 Постановка эксперимента.

1.1 Газонаполненный сепаратор ядер отдачи.

1.2 Детекторы ядер.

1.3 Условия набора данных в эксперименте.

Г лава 2 Экспериментальные результаты.

2.1 Параметры мишени и пучка ионов 48Са.
2.2 Результаты первого эксперимента.
2.3 Вероятность регистрации случайных событий.
2.4 Позиции и времена регистрации нуклидов, их соответствие распадам ядер
2881 1 ^ 268т^т_
от 115 до 1Ж
2.5 Результаты второго эксперимента.
2.6 Сравнение свойств ядер, полученных в обоих экспериментах.
Глава 3 Обсуждение массовых и атомных чисел синтезированных ядер.
3.1 Физические методы идентификации ядер.
3.2 Химическая идентификация атомных номеров ядер в цепочке распада 288115.
3.3 Подтверждение свойств ядер с четным числом протонов.
Г лава 4 Обсуждение результатов.
4.1 Энергии а-распада ядер.
4.2 Времена жизни ядер.
4.3 Обсуждение типов распада ядер 2й7?2й8ОЬ.
4.4 Полная кинетическая энергия осколков спонтанно делящихся ядер.
4.5 Возможности дальнейшего изучения ядер с нечетным числом протонов. Заключение
Литература

Введение.
0.1 Границы существования наиболее тяжелых ядер.
Один из фундаментальных вопросов ядерной физики связан с определением границ существования ядер, состоящих из максимально возможного числа протонов и нейтронов. Благодаря экспериментам, выполненным в течение последних восьми лет на газонаполненном сепараторе Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, был достигнут существенный прогресс в исследовании данной проблемы. В реакциях полного слияния ядер 48Са, ускоренных на циклотроне У-400, с мишенными ядрами — тяжелыми изотопами элементов актинидного ряда (238и - 249С1) нами были синтезированы четырнадцать изотопов пяти новых, самых тяжелых (сверхтяжелых) элементов с порядковыми номерами от 113 до 118 Результаты экспериментов по синтезу сверхтяжелых ядер описаны в работах [1-7].
После синтеза наиболее тяжелых ядер 272К« (2=111) и 277112 [8,9], полученных около десяти лет тому назад в реакциях 209В1(64№,и) и 208РЬ(702п,п) в лаборатории ОБ1 (Германия), карта нуклидов пополнилась двадцатью одним новым нуклидом с массовыми числами от 278 до 294. Данная работа посвящена экспериментальному изучению процесса образования изотопов элементов 113 и 115 в реакции слияния 243Аш с нонами 48Са, а также радиоактивных свойств этих ядер и дочерних продуктов их а-распада [4-7].
Первые оценки возможной границы существования наиболее тяжелых ядер были сделаны Бором и Уиллером [10] около 70 лет тому назад. В этой работе, как известно, была предложена модель деления ядер, основанная на представлении ядра в виде жидкой несжимаемой капли с равномерно распределенным зарядом, которая деформируется под действием сил Кулоновского отталкивания и поверхностного натяжения: При достижении критической деформации ядро испытывает деление на два осколка. Для определения высоты барьера деления ядер с различным числом протонов 2 и нейтронов N (2+У=2 - масса ядра) использовался лишь один параметр делимости г-(22М)/(22/А),т. Для тяжелых ядер параметр 21!Л достигает предельного значения (22/2)|,т, при котором ядро становится неустойчивым по отношению к деформации и должно делиться в течение короткого времени (~10~19 с).
Согласно данной модели, спонтанное деление (ББ) должно доминировать над остальными модами распада тяжелых ядер. Ожидаемые парциальные периоды спонтанного деления ядер тяжелее Бт (2=100) составляют около микросекунды и меньше.
Для изотопов первых трансурановых элементов от Ри до Бт, полученных при облучении ядер более легких элементов нейтронами, дейтронами или а-частицами, предсказания капельной модели деления оказались весьма реалистичными. Парциальные
периоды спонтанного деления при изменении параметра х от 0.77 (238и) до 0.82 (252С1) уменьшались на 14 порядков. Однако в дальнейшем оказалось, что периоды спонтанного деления других изотопов этих элементов сильно отличаются, от предсказанных величин. Обнаружение у изотопов этих же элементов деления из изомерных состояний (спонтанно делящиеся изомеры) окончательно показало, что капельная модель не описывает в деталях процесс спонтанного деления ядер.
Экспериментальное обнаружение повышенной стабильности ядер, состоящих из числа протонов и нейтронов вблизи определенных (магических) величин, нашло свое объяснение в оболочечной модели ядра [11,12]. Для расчетов барьеров деления и периодов спонтанного деления необходимо было вводить оболочечные поправки к энергии связи ядер [13]. Первые расчеты показали, что величина оболочечной поправки зависит от деформации и достигает наибольшего значения для сферических ядер [14]. Несколько позже Струтинский показал, что оболочечные эффекты могут существовать как в сферических, так и в деформированных ядрах [15]. В предложенном методе расчета потенциальной энергии ядра [15] капельная модель описывает только среднее поведение массы ядра в зависимости от его нейтрои-протонного состава, на фоне которого реальные массы заметно отклоняются от капельных в области магических ядер. Введение оболочечных (микроскопических) поправок к жидкокапельной (макроскопической) составляющей энергии связи ядра позволило не только, получить реалистичные высоты барьеров деления, но также предсказать изменения в энергии в зависимости от возрастающей деформации ядра (так называемый двугорбый барьер деления ядер). Из расчетов следовало, что у ядер ТЗ-Бт высота первого барьера деления из основного состояния составляет около 6-7 МэВ. Второй минимум, соответствующий большей деформации ядра с соотношением осей 2:1, находится на 2-3 МэВ выше основного состояния. Высота второго барьера сравнима с высотой первого барьера у ядра урана и постепенно понижается для более тяжелых актиноидов.
Первыми экспериментальными наблюдениями, которые были объяснены существованием'двугорбого барьера деления ядер, были спонтанно делящиеся изомеры [16], обнаруженные у 35 изотопов элементов ТЬ-Вк, и резонансное поведение сечений деления ядер нейтронами и легкими заряженными частицами [17].
Одни из фундаментальных предсказаний оболочечной модели относятся к свойствам наиболее тяжелых ядер. В этой области нуклидов оболочечные поправки могут быть настолько высоки, что даже ядра с практически нулевым макроскопическим барьером должны быть достаточно устойчивы по отношению к делению. Более того, было предсказано существование новых замкнутых оболочек в ядрах, расположенных далеко от известной области. Относительно большие микроскопические поправки к капельной энергии ядра

Энергия а-частиц (МэВ)
Рис. 14. Полный энергетический спектр а-подобных сигналов в парах ЕЫ-ОС), выключивших пучок, в течение всего 243Агп+48Са эксперимента при обеих энергиях. Закрытой гистограммой показаны энергии си-частиц, которые отключили пучок и за которыми последовали две или более а-частиц с энергией 8.5-11 МэВ в любой позиции детектора.
19 МэВ, зарегистрированньми в позиционных интервалах равных двум позиционным разрешениям Е11-а (±2.35 стандартных отклонения) и временном окне до 5.5 ч, показаны на Рис. 13. При равномерном распределении времен регистрации фоновых сигналов, логарифм
их числа N зависит линейно от интервалов А1§ I: 1§(-------) ~ ^ и Ближайшие по времени
сигналы от ядер отдачи, которые бьши одними из событий в парах ЕЫ-а, отключившими пучок, показаны закрытой гистограммой. Фоновые события отстоят от них по времени на три порядка величины или более. При средних временах появления фоновых сигналов от ядер отдачи 80-300 с вероятность регистрации ближайших к а-частицам ядер отдачи за времена 19-280 мс как случайных событий составляет 2x10-4 - 1х10_3.
Сравнивая теперь события, зарегистрированные во время облучения мишени и во время остановок, можно определить вероятность случайного появления первой пары ЕЯ-а] сигналов, которые вызвали отключение пучка ионов. Полный спектр событий схожих с а-частицами, которые следовали за сигналами от ядер отдачи и отключали пучок в обоих экспериментах при разных энергиях, показан на Рис. 14. Там же закрытой гистограммой показаны энергии событий, которые отключили пучок и за которыми в течение двух минут последовали две или более а-частицы с энергией £а=8.5-11 МэВ, даже не принимая во внимание номера стрипов и позиции этих частиц и первой пары сигналов ЕЯ-аь Как будет