Фотоядерные реакции на изотопах палладия

1. Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова" Фотоядерные реакции на изотопах палладия К. А. Стопани Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук

2. Введение Процессы фотоядерного взаимодействия являются удобным источником информации о строении и свойствах атомных ядер и нуклонов, играют важную роль в астрофизических процессах и нуклеосинтезе, а также имеют ряд практических применений. Измерение характеристик фотоядерных реакций с вылетом нескольких нуклонов, приводящих к образованию ядер, удаленных от области стабильности, является актуальной задачей. Цель работы: создание методики экспериментального определения выходов фотоядерных реакций и исследование с ее помощью реакций на стабильных изотопах палладия. Изотопы природного палладия

3. Экспериментальное определение выходов фотоядерных реакций с помощью методики наведенной активности • Облучение мишени из природного палладия тормозными γ-квантами, полученными на разрезных микротронах НИИЯФ МГУ • Измерение серий γ-спектров наведенной активности • Расшифровка полученных спектров и расчет выходов реакций С использованием метода наведенной активности может быть достигнута высокая точность измерений, но при этом требуется непрерывный набор большого количества спектров (до нескольких тысяч) в течение длительного времени. Их измерение и анализ представляет собой основную сложность методики наведенной активности. • Достоинства методики: • измерение спектров с помощью детектора из сверхчистого германия; • одновременное измерение большого числа каналов реакций; • определение выходов реакций по нескольким γ-линиям.

4. Облучения мишени при энергии электронов 29.1 и 55.5 МэВ Для облучения использовалась мишень из природного палладия толщиной 377 мкм. Облучение проводилось на разрезных микротронах НИИЯФ МГУ (максимальная энергия пучка 70 и 55 МэВ). В процессе облучения изменение интенсивности пучка регистрировалось с помощью ионизационной камеры и цилиндра Фарадея и использовалось при обработке.

5. Измерение γ-спектров наведенной активности Измерение спектров проводилось при помощи HPGe-детектора с относительной эффективностью 30% в низкофоновой защитной камере. Длительность измерения каждого спектра составляла 60—1800 с. Начало измерений через 5—7 мин после окончания облучений. Один из спектров, измеренных после облучения при энергии 55.5 МэВ

6. Система набора и анализа γ-спектров Для работы со спектрами наведенной активности была создана система набора и анализа данных. База данных γ-спектровпредназначена для автоматического набора в непрерывном режиме, хранения и обработки в WEB большого количества спектров. В настоящее время БДсодержит более 30000 спектров.

7. Автоматический анализ спектров в БД 1) Поиск максимумов в отдельных спектрах серии 3) Построение кривой распада 2) Сводная таблица результатов анализа всех спектров серии В созданную систему входит программа для авт. поиска и аппроксимации максимумов в спектрах, построения кривых распада и идентификации изотопов по энергии пика и T1/2.

8. Результаты идентификации продуктов реакций в Pd 29.1 МэВ 55.5МэВ

9. Цепочки распадов • Основная сложность анализа спектров связана с обработкой цепочек распадов, образуемых нестабильными продуктами реакций. В частности, на Pd при энергии облучения 55.5 МэВ возможно протекание нескольких десятков реакций с вылетом до 6 нуклонов. • Создана программа для расчета порогов реакций, построения цепочек распадов и моделирования накопления и распада продуктов облучения на основе ENSDF.

10. Определение выходов реакций на основе анализа цепочек распадов 1) Выход реакции равен 2) Образование и распад элементов цепочки описывается системой ОДУ: 3) Путем рекурсивного решения системы можно показать, что решения образуют линейную зависимость относительно yi : где пост. коэффициенты a и c вычисляются на основе схемы цепочки распадов. Таким образом, вектор измерений xподчиняется линейной статистической модели:

11. Показано, что в случае распределения Пуассона эффективная оценка вектора выходов y и его дисперсии может быть получена с помощью лин. МНК: Поскольку ковариационная матрица площадей пиков не измеряется, можно применить один из приближенных методов: где 1) 2) МНК с итерационным перевзвешиванием (iteratively reweighted LSQ) Пределом данной итерационной процедуры является оценка максимального правдоподобия выходов y. • Полученный метод: • не использует нелинейный МНК; • позволяет получить асимптотически эффективную оценку выходов и ее дисперсию; • позволяет определить выходы из кривых распада без аналитического решения системы дифференциальных уравнений, т.е. автоматически.

12. Применение разработанной методики для анализа спектров Для учета сложения каскадов γ-переходов написана программа расчета поправок на основе ENSDF и модели Монте-Карло детектора на GEANT4. Y(101Pd) = 1.80(1) ∙ 107

13. Результаты анализа

15. Фотопротонныереакции.Влияние изоспинового расщепления на вероятность вылета протона

16. Фотопротонныереакции.Сравнение с экспериментом. 29.1 МэВ 55.5 МэВ Сравнение экспериментальных выходов фотопротонных реакций с результатами расчетов.

17. Изомерные отношения

18. Изомерные отношенияв TALYS Реакция 102Pd (γ, p) 101Rh. Параметры уровней конечного ядра из RIPL. Реакция 110Pd (γ, n) 109Pd.

19. Заключение • Создана система, позволяющая проводить эксперименты по методике наведенной активности, с помощью которой возможно проводить одновременное измерение выходов большого числа фотоядерных реакций. • Предложен метод получения асимптотически эффективных оценок выходов реакций и их дисперсий на основе анализа цепочек распадов. • Созданы программы моделирования и планирования эксперимента, а также автоматическая система набора и анализа спектров и мониторинга эксперимента, которые позволяют проводить измерение выходов фотоядерных реакций с вылетом нескольких нуклонов и образованием изотопов, удаленных от полосы бета-стабильности. • Проведены эксперименты по облучению мишени из природного палладия тормозным излучением с верхними энергиями спектра 29.1 и 55.5 МэВ и получены выходы фотоядерных реакций. Из сравнения результатов измеренний с расчетами показана существенная роль изоспинового расщепления ГДР в выходе фотопротонных реакций. • Определены изомерные отношения выходов фотоядерных реакций на изотопах 102Pd, 104Pd и 110Pd в области энергий выше гигантского дипольного резонанса. • Разработанная методика позволяет одновременно получать относительные выходы реакций, отличающиеся на несколько порядков, что невозможно при прямом методе измерений.

20. Спасибо за внимание!